Главная » Книги » Устройство коммутационных аппаратов. Комбинированными

Устройство коммутационных аппаратов. Комбинированными

Страница 44 из 77

2 Коммутационные аппараты
2.1 Простые коммутационные устройства Разъединитель (или отделитель) (Рис. H5)
Он представляет собой ручной на два положения («включено» - «отключено») запираемый коммутационный аппарат, обеспечивающий при фиксации в разомкнутом положении безопасное изолирование цепи. Его характеристики определены в стандарте IEC 60947-3. Разъединитель не предназначен для того, чтобы включать или отключать токи* , и в стандартах не регламентируются номинальные значения для этих функций. Но он должен выдерживать прохождение токов короткого замыкания и для него устанавливается номинальный кратковременный выдерживаемый ток (обычно длительностью 1 с, если иное время не согласовано между пользователем и изготовителем). Эта величина обычно значительно превышает максимальные рабочие токи меньшей величины, действующие в течение более длительных периодов, например пусковые токи электродвигателей. Также должны выполняться стандартные требования по механической износостойкости, перенапряжениям и токам утечки.
Выключатель нагрузки (Рис. H6)
Этот управляющий выключатель обычно задействуется вручную (но иногда для удобства оператора снабжается электрическим приводом отключения) и является неавтоматическим двухпозиционным коммутационным аппаратом (вкл./выкл.).
Он используется для включения и отключения нагруженных цепей в нормальных условиях неповрежденных цепей.
Поэтому он не обеспечивает никакой защиты для управляемой им цепи. I
Стандарт IEC 60947-3 устанавливает:
частоту коммутаций (не более 600 циклов включения/отключения в час)
механическую и коммутационную износостойкость (обычно меньшую, чем у контактора)
номинальные токи включения и выключения для нормальных и нечастых коммутаций
При включении выключателя с целью запитывания цепи всегда существует вероятность того, что в этой цепи произошло непредвиденное короткое замыкание. По этой причине для выключателей нагрузки задается максимальный ток включения на короткое замыкание, т.е. обеспечивается успешное замыкание цепи при наличии электродинамических усилий от тока короткого замыкания. Такие выключатели обычно называют "выключателями нагрузки на короткое замыкание». Отключение короткого замыкания обеспечивается вышерасположенными защитными устройствами.
Периодическая коммутация отдельных электродвигателей относится к категории AC-23. Включение/выключение конденсаторов или ламп накаливания должно быть предметом соглашения между изготовителем и пользователем.
Категории использования, указанные на рис. H7, не относятся к оборудованию, которое обычно используется для пуска, разгона и/или останова отдельных двигателей.
Пример
Выключатель нагрузки на 100 ампер, относящийся к категории AC-23 (индуктивная нагрузка), должен быть способен:
включать ток 10 In (= 1000 А) при коэффициенте мощности 0,35
отключать ток 8 In (= 800 А) при коэффициенте мощности 0.45

Рис. H5. Обозначение разъединителя

Рис. H6. Обозначение выключателя нагрузки
выдерживать при включении кратковременные токи короткого замыкания

		Типичные применения
	Нечастые			включения x In	отключения x In
коммутации	коммутации
		Коммутация цепей без нагрузки
		Коммутация активных нагрузок, включая умеренные перегрузки
		Коммутация смешанных активных и индуктивных нагрузок, включая умеренные перегрузки
		Коммутация нагрузок электродвигателя или других высокоиндуктивных нагрузок	0.45 for I У 100 A 0.35 for I > 100 A

Рис. H8. Обозначение двухпозиционного выключателя с дистанционным управлением

Рис. H9. Обозначение контактора
Широко применяются два типа низковольтных плавких предохранителей:
тип gG: для бытовых и аналогичных электроустановок
тип gG, gM или aM: для промышленных электроустановок

Рис. H10. Графическое обозначение плавких предохранителей
Двухпозиционный выключатель с дистанционным управлением (Рис. H8)
Этот коммутационный аппарат широко используется для управления осветительными цепями, когда при нажатии кнопочного выключателя (на пульте дистанционного управления) отключается уже включенный или включается отключенный двухпозиционный выключатель. Типичные применения:
Двухпозиционная коммутация на лестничных клетках больших зданий
Схемы сценического освещения
Освещение фабрик и др.
Существуют вспомогательные устройства для реализации функций:
дистанционной индикации его положения в любой момент времени
выдержки времени
фиксации контактов
Контактор (Рис. H9)
Контактор представляет собой коммутационный аппарат с электромагнитным управлением, который обычно удерживается в замкнутом положении током (уменьшенной величины), проходящим через включающий соленоид (хотя для специальных применений существуют различные типы с механической блокировкой (защелкой)). Контакторы предназначены для выполнения многократных циклов включения/отключения и обычно управляются дистанционно с помощью двухпозиционных нажимных кнопок. Большое количество повторных циклов срабатывания стандартизировано в таблице VIII стандарта IEC 60947-4-1 по:
продолжительности работы: 8 часов; непрерывно; периодически; кратковременно в течение 3, 10, 30, 60 и 90 минут.
категории использования: например, контактор категории AC3 можно использовать для пуска и останова асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
циклам пуска-останова (1 ■ 1200 циклов в час)
механической износостойкости (количеству коммутаций без нагрузки)
коммутационной износостойкости (количеству коммутаций под нагрузкой)
номинальному току включения и отключения в зависимости от категории использования
Пример:
Контактор на ток 150 А категории AC3 должен иметь минимальный ток отключения 8 In (1200 А) и минимальный ток включения 10 In (1500 А) при коэффициенте мощности 0,35 при индкутивной нагрузке.
Контактор с тепловым реле
Контакторы, оснащенные тепловым реле для защиты от перегрузки, широко используются для дистанционного кнопочного управления осветительными цепями и др. и, как отмечалось в подпункте 2.2 «Комбинированные коммутационные аппараты», могут также рассматриваться как важный элемент в управлении двигателем. Такой коммутационный аппарат не эквивалентен автоматическому выключателю, поскольку его отключающая способность при коротком замыкании ограничена величиной 8 или 10 In. Поэтому для защиты от короткого замыкания необходимо последовательно с контактами контактора, оснащенного термореле, и выше их по цепи устанавливать или плавкие предохранители или автоматический выключатель.
Плавкие предохранители (Рис. H10)
Первая буква указывает на диапазон отключающих токов:
плавкие вставки "g" (отключающая способность во всем диапазоне)
плавкие вставки "a" (отключающая способность в части диапазона)
Вторая буква указывает на категорию использования; она с точностью определяет времятоковые
характеристики, условные времена и токи:
Например
"gG" обозначает плавкие вставки общего применения с отключающей способностью во всем диапазоне
"gM" обозначает плавкие вставки с отключающей способностью во всем диапазоне, предназначенные для защиты цепей электродвигателей
"aM" обозначает плавкие вставки с отключающей способностью в части диапазона, предназначенные для защиты цепей электродвигателей
Существуют предохранители с механическими индикаторами «перегорания» и без них. Плавкие предохранители отключают цепь в результате управляемого расплавления плавкого элемента, когда в течение соответствующего периода времени ток превышает установленную величину; соотношение тока и времени представляется в форме рабочей характеристики каждого типа предохранителя. В стандартах определены два класса предохранителей:
предохранители для применения в бытовых электроустановках, изготовляемые в форме патрона, рассчитанные на токи до 100 А и обозначаемые в стандартах IEC 60269-1 и 3 типом gG.
предохранители для промышленного применения, обозначаемые в стандартах IEC 60269-1 and 2 как gG (общего применения) и gM и aM (для цепей электродвигателей)
При использовании предохранителей типа gM требуется применение отдельного реле перегрузки, описанного в примечании, помещенном в конце подпункта 2.1.
Бытовые и промышленные предохранители различаются в основном уровнями номинальных напряжений и токов (предохранители на большие напряжения и токи имеют гораздо большие размеры) и отключающей способностью при коротком замыкании. Плавкие вставки типа gG часто применяются для защиты цепей электродвигателей, что возможно, если их характеристики позволяют без повреждений выдерживать пусковой ток.

*т.е. низковольтный разъединитель фактически является коммутационным аппаратом обесточенной системы, который должен задействоваться при отсутствии напряжения на обеих его сторонах, в частности при включении, поскольку существует возможность неожиданного короткого замыкания в нижерасположенной части цепи. Часто используется блокировка с помощью вышерасположенного выключателя или автоматического выключателя.

**В стандартах IEC не дано определение данного термина, но он широко используется в нескольких странах

В последнее время МЭК стандартизовал новый тип предохранителей gM для защиты цепей двигателей, способных функционировать при пусковых токах и токах короткого замыкания. В одних странах этот тип предохранителей распространен больше, чем в других, но в настоящее время расширяется применение предохранителя типа aM в сочетании с термореле перегрузки. Для плавкой вставки типа gM предусмотрены две номинальных величины тока. Первая величина In соответствует номинальному току плавкой вставки и номинальный ток патрона предохранителя; вторая величина Ich обозначает времятоковую характеристику данной плавкой вставки, определяемую по таблицам II, III и VI, приведенным в стандарте IEC 60269-1. Эти две номинальных величины разделяются буквой, указывающей категорию использования. Например, In M Ich обозначает предохранитель, предназначенный для защиты цепей электродвигателей и имеющий характеристику G. Первая величина In соответствует максимальному непрерывному току для всего предохранителя, а вторая, Ich - характеристике G его плавкой вставки. Дополнительная информация содержится в примечании, помещенном в конце подпункта 2.1.
Плавкая вставка aM характеризуется одной величиной тока In и времятоковой характеристикой, показанной далее на рис. H14.
Важное замечание: В некоторых национальных стандартах используется тип предохранителя gI (промышленный), аналогичный по всем основным параметрам предохранителям типа gG. Вместе с тем предохранители типа gI не должны использоваться в бытовых и аналогичных электроустановках.
Зоны плавления - условные токи
Условия плавления предохранителей определены стандартами в зависимости от их класса. Предохранители класса gG
Эти предохранители обеспечивают защиту от перегрузок и коротких замыканий. Стандартизованы условные токи неплавления и плавления (рис. H12 и рис. H13).
Условный ток неплавления Inf - это величина тока, который данный плавкий элемент может выдержать установленное время без плавления.
Пример: Предохранитель на 32 А, проводящий ток 1,25 In (т.е. 40 А), не должен расплавиться менее чем за час (таблица G13).
Условный ток плавления If (= I2 in на рис. H12) - это величина тока, который вызовет плавление плавкого элемента до истечения установленного времени.
Пример: Предохранитель на 32 А, проводящий ток 1,6 In (т.е. 52,1 А), должен расплавиться за 1 час или менее.
В стандарте IEC 60269-1 описаны испытания, требующие того, чтобы рабочая кривая конкретного испытываемого предохранителя лежала между двумя предельными кривыми, показанными на рис. H12. Это означает, что при низких уровнях перегрузки по току два предохранителя, удовлетворяющие данному испытанию, могут иметь значительно различающиеся времена срабатывания.

Рис. H12. Зоны плавления и неплавления предохранителей типов gG и gM (в соответствии со стандартом 60269-2-1)

Номинальный ток In (A)	Условный ток неплавления, Inf	Условный ток плавления, I2	Условное время, час

4 < In < 16 A
16 < In i 63 A
63 < In i 160 A
160 < In i 400 A

Рис. H13. Зоны плавления и неплавления для низковольтных плавких предохранителей типов gG и gM (в соответствии со стандартами IEC 60269-1 и 60269-2-1)

Рис. H14. Стандартные зоны плавления предохранителей класса aM (все номинальные токи)

Tf: Время плавления предохранителя до возникновения дуги
Ta: Время существования дуги
Ttc: Общее время отключения короткого замыкания
Предохранители типа aM обеспечивают защиту только от коротких замыканий и должны/ применяться в комбинации с устройством защит от перегрузок.
Рис. H15. Ограничение тока плавким предохранителем
Приведенные выше два примера для предохранителя на ток 32 А в сочетании с предшествующими примечаниями в отношении требований испытаний объясняют, почему эти предохранители неэффективны при низких уровнях перегрузки.
Поэтому чтобы избежать последствий возможной длительной перегрузки (худший случай: перегрузка 60% в пределах часа), необходимо устанавливать кабель, рассчитанный на более высокую допустимую токовую нагрузку в амперах, чем тот, который обычно требуется для цепи. Для сравнения, автоматический выключатель с аналогичным номинальным током:
не должен отключать цепи в течение менее часа при прохождении тока 1,05 In, а
при прохождении тока 1,25 In должен отключать цепь в течение часа или менее (худший случай: перегрузка 25% в пределах часа).
Предохранители типа aM (для электродвигателей)
Эти предохранители обеспечивают защиту только от токов короткого замыкания и должны обязательно применяться в сочетании с другим коммутационным аппаратом (например, контакторами, оснащенными тепловым реле, или автоматическими выключателями) с тем, чтобы обеспечить защиту от перегрузки при токах < 4 In. Поэтому они не могут применяться автономно. Поскольку предохранители типа aM не предназначены для защиты от малых токов перегрузки, для них не устанавливаются уровни условных токов плавления и неплавления. Рабочие кривые для испытаний этих предохранителей приводятся для токов замыкания, превышающих приблизительно 4 In (рис. H14), и рабочие кривые предохранителей, тестированных по стандарту IEC 60269, должны располагаться в заштрихованной области. Примечание: Маленькие стрелки на диаграмме указывают граничные времятоковые величины для различных тестируемых предохранителей (стандарт IEC 60269).
Номинальная отключающая способность при коротком замыкании
Особенностью современных патронных плавких предохранителей является то, что благодаря быстроте плавления вставки при больших уровнях токов короткого замыкания отключение тока начинается до появления первого большого пика тока, поэтому ток замыкания никогда не достигает своего ожидаемого максимального значения (рис. H15).
Такое ограничение тока значительно снижает термические и динамические напряжения, которые иначе бы возникли, и тем самым сводит к минимуму опасность и степень ущерба в том месте, где произошло короткое замыкание. Поэтому номинальная отключающая способность предохранителя определяется действующим значением переменной составляющей ожидаемого тока короткого замыкания.
Для плавких предохранителей не устанавливается номинальный ток включения на короткое замыкание.
Напоминание
В начальный момент токи короткого замыкания содержат постоянные составляющие, амплитуда и длительность которых зависят от соотношения XL/R поврежденного участка цепи. Вблизи источника питания (понижающего трансформатора) соотношение Ipeak/Irms - действующее значение периодической составляющей тока непосредственно сразу после момента короткого замыкания может достигать 2,5 (это регламентировано стандартами IEC и показано на рис. H16). Как отмечалось выше, на нижних уровнях распределения питания в электроустановке величина XL мала по сравнению с R и поэтому для оконечных цепей Ipeak / Irms - 1,41 (это условие отражено на рис. H15).
Эффект ограничения пикового тока происходит только тогда, когда ожидаемое действующее значение переменной составляющей тока короткого замыкания достигает определенного уровня. Например, на приведенном выше графике 100-амперный предохранитель начнет отключать пиковый ток при ожидаемом действующем значении тока замыкания 2 кА (a). Тот же предохранитель при ожидаемом действующем значении тока замыкания 20 кА ограничит пиковый ток до 10 кА (b). В последнем случае при отсутствии токоограничивающего предохранителя пиковый ток мог бы достичь 50 кА (c). Как уже упоминалось, на нижних уровнях распределения, R значительно превосходит XL и уровни токов замыкания обычно небольшие. Это означает, что уровень тока короткого замыкания может не достичь достаточно высоких значений для того, чтобы вызвать ограничение пикового тока. С другой стороны, как уже отмечалось, в данном случае апериодические составляющие тока в переходном процессе имеют незначительное влияние на величину пика тока Примечание: О номинальных токах срабатывания предохранителей типа gM Предохранитель типа gM представляет собой фактически предохранитель типа gG, плавкий элемент которого рассчитан на ток Ich, который может, например, составлять 63 А. Это - испытательное значение, принятое в стандартах IEC, поэтому его времятоковая характеристика аналогична такой же характеристике предохранителя типа gG на 63 А.
Это значение (63 А) выбрано для того, чтобы выдержать большие пусковые токи электродвигателя, рабочий ток которого в нормальном режиме (In) может находиться в диапазоне 10-20 А. Это означает, что можно использовать меньшие по размерам патрон и металлические части предохранителя, поскольку отвод тепла, который требуется при нормальных условиях эксплуатации, относится к сниженным значениям тока (10-20 А). Стандартный предохранитель типа gM, пригодный для такого случая, обозначался бы как 32M63 (т.е. In M Ich).
Первый номинальный ток (In) характеризует тепловые характеристики плавкой вставки при установившейся нагрузке, а второй номинальный ток (Ich) относится к ее функционированию при кратковременном пусковом токе. Вполне очевидно, что хотя предохранитель пригоден для защиты электродвигателя от коротких замыканий, он не обеспечивает его защиты от перегрузок и поэтому

при применении предохранителей типа gM всегда необходимо устанавливать отдельное тепловое реле. Таким образом, единственное преимущество предохранителей gM перед предохранителями типа aM заключается в том, что они меньше по размерам и немного дешевле.
2.2 Комбинированные коммутационные аппараты
Отдельные элементы коммутационной аппаратуры в целом не удовлетворяют всем требованиям трех основных функций, а именно: защиты, управления и разъединение (изолирования). В тех случаях, когда установка автоматического выключателя нецелесообразна (например, там, где высокая частота коммутаций в течение продолжительных периодов), используются комбинации элементов, специально предназначенных для таких функций. Ниже описаны наиболее распространенные комбинации коммутационных аппаратов.
Комбинации выключателей и плавких предохранителей
Рассматриваются два случая:
Тип, в котором срабатывание одного или нескольких предохранителей вызывает отключение выключателя. Это достигается путем использования предохранителей, снабженных бойками, и системы отключающих пружин и шарнирных механизмов (рис. H17)
Тип, в котором неавтоматический выключатель соединен с комплектом предохранителей в едином корпусе.
В некоторых странах и в стандарте 60947-3 термины «выключатель-предохранитель» и «предохранитель-выключатель» имеют специальный смысл, а именно:
выключатель-предохранитель состоит из выключателя (обычно с двумя разрывами на полюс), установленного перед тремя стационарными патронами предохранителей, в которые вставлены плавкие вставки (рис. H18)
предохранитель-выключатель состоит из трех ножевых контактов, каждый из которых имеет двойной разрыв на каждой фазе.

Ich для предохранителей класса gM

Для токов, превышающих определенный уровень, в зависимости от номинального тока предохранителя, как показано ниже на рис. H16.
Диапазон токов для этих устройств ограничен 100 А в трехфазной сети напряжением 400 В, хотя их основное применение - в бытовых и аналогичных электроустановках. Чтобы избежать путаницы между первой группой (т.е. автоматическим отключением) и второй группой, термин «выключатель-предохранитель» должен использоваться с прилагательными «автоматический» или «неавтоматический».
Предохранитель-разъединитель + контактор с тепловым реле и предохранитель- выключатель-разъединитель + контактор с тепловым реле
Как указывалось выше, контактор с тепловым реле не обеспечивает защиты от токов короткого замыкания. Поэтому вместе с ним необходимо применять предохранители (обычно типа aM). Такая комбинация используется главным образом в цепях управления электродвигателями, разъединитель или выключатель-разъединитель обеспечивают возможность безопасного проведения операций технического обслуживания, включая:

замену плавких вставок (при отключенной цепи)
работы на участке цепи ниже контактора с тепловым реле (риск дистанционного включения этого контактора с тепловым реле)

Предохранитель-разъединитель и контактор с тепловым реле должны соединяться так, чтобы было невозможно отключение или включение предохранителя-разъединителя, если контактор с тепловым реле не отключен (рис. H20), поскольку такой предохранитель-разъединитель не обеспечивает функцию включения нагрузки.
Очевидно, что для комбинации предохранитель-выключатель-разъединитель блокировка не требуется (рис. H21). Если данная цепь питает электродвигатель, этот выключатель должен быть класса AC22 или AC23.
Автоматический выключатель + контактор и автоматический выключатель + контактор с тепловым реле
Эти комбинации используются в системах распределения с дистанционным управлением, для которых характерна высокая частота коммутаций, или для управления и защиты цепи питания электродвигателей

Рис.Н16. Зависимость ограниченного пикового тока от ожидаемых действующих значений переменной составляющей тока короткого замыкания для низковольтных плавких предохранителей

Рис. H17. Обозначение автоматического выключателя-предохранителя.

Рис. Н18. Обозначение неавтоматического выключателя-предохранителя Рис. Н19. Обозначение неавтоматического предохранителя-выключателя
Эти ножевые контакты не являются непрерывными по длине и каждый имеет промежуток в центре, который перекрывается патроном плавкого предохранителя. В некоторых конструкциях имеется только один разрыв на фазу (рис. H18 и H19).

В сетях напряжением до 1 кВ широко используются различные коммутационные аппараты, например, автоматические выключатели , которые предназначены для отсоединения отдельных обесточенных частей от напряжения или для ручного включения и отключения электрической цепи в нормальных режимах при токах, не превышающих 0.2-1 номинального тока выключателя.

Переключатель – это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для переключения электрических цепей. В распределительных устройства в слаботочных цепях автоматики широкое применение получили пакетные переключатели и выключатели. Пакетные выключатели не обеспечивают видимого разрыва цепи, поэтому в некоторых цепях устанавливают рубильники.

Рубильники предназначены для ручного включения и отключения цепей постоянного и переменного тока выше 1 кВ. Важнейшей частью рубильника являются контакты. Обычно применяют линейные контакты рубящего типа.

Предохранители – это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

В большинстве предохранителей отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи.

Предохранитель включается последовательно в защищаемую цепь, для создания видимого разрыва используется неавтоматический выключатель (рубильник). Основными элементами предохранителя являются корпус,

Плавкая вставка (плавкий элемент), контактная часть, дугогасительное устройство и дугогасительная среда.

Предохранители до 1 кВ изготовляются на номинальные токи до 1000 А.

25 Автоматические выключатели

Автоматический выключатель предназначен для коммутации цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей.

Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного до 1000 В и постоянного тока до 440 В. Они имеют реле прямого действия, называемого расцепителями, которые обеспечивают отключение при пере-грузках, КЗ, снижения напряжения. Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой.

Автоматические выключатели изготовляют с ручным и двигательным приводом.. Основные элементы автоматического выключателя: контактная система, максимальный расцепитель главные и дугогасительные контакты.

Типы автоматических выключателей – серии А3700 выпускаются на токи до 630 А, напряжением до 660В; серии «Электрон» изготовляется для цепей переменного тока от 1000 до 6300 А, напряжением до 660В. Выключатели этой серии снабжены электродвигательным или электромагнитным приводом, который обеспечивает дистанционное включение. Отключение может осуществляться кнопкой ручного отключения, независимым расцепителем и максимальной токовой защитой, выполненной на полупроводниковых блоках.

Автоматические выключатели серии АВМ выпускают на номинальные токи до 2000А и напряжением до 500 В переменного и 440 В постоянного тока. Эти выключатели имеют максимальные расцепители с обратнозависимой выдержкой времени при перегрузках, которая достигается за счет часовых механизмов.

Привод может быть ручным, рычажным или электромагнитным. Выключатели АВМ изготовляют для стационарной установки или выдвижным для комплектных распределительных устройств.

Кроме рассмотренных серий автоматических выключателей, для защиты электрических цепей от перегрузок и токов КЗ применяют выключатели АЕ-1000; АЕ-2000; АК-63; А-63; АВ-45 и др.

Автоматы гашения поля предназначены для отключения токов обмотке возбуждения генераторов. Автомат имеет главные контакты, расположенные открыто и дугогасительные контакты в камере гашения дуги.

Контакторы и пускатели

Контактор – это коммутационный аппарат с самовозвратом, предназначенный для частых коммутаций токов, не превышающих токи перегрузки, и приводимый в действие приводом. Электромагнитные контакторы нашли широкое применение в электроустановках Включение контактной системы в них осуществляется электромагнитом.

В отличие от автоматических выключателей контакторы не имеют механических устройств, запирающих контактор в положении «включено». Во включенном положении контактор удерживается электромагнитом.

Пускатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для пуска останова и защиты электродвигателей.

Магнитные пускатели состоят из электромагнитного контактора, встроенных тепловых реле и вспомагательных контактов.

(Документ)

Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов (Документ)

Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии (Документ)

Реферат - Зарубежные средства контроля качества электроэнергии (Реферат)

Лабораторная работа № 3 - Регулирование напряжения в районной электрической сети 110 кВ (Лабораторная работа)

Экология и энергетика (Документ)

Богач Н.В. Курс лекций по энергетической электронике (Документ)

Использование электроэнергии в транспорте (Документ)

Романов В.В. Показатели качества электроэнергии (Документ)

n1.doc

4.3. Коммутационные аппараты на напряжение до 1000 В

Коммутационные аппараты до 1000 В предназначены для коммутации электрических цепей в нормальном и аварийных режимах в одно-, двух- и трехфазных сетях переменного тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением 110, 220, 380 и 660 В.

К коммутационным аппаратам до 1000 В относятся: рубильники и переключатели, плавкие предохранители, контакторы, магнитные пускатели и автоматические выключатели.

4.3.1. Рубильники и переключатели

Рубильники предназначены для ручного включения и отключения электрических цепей постоянного и переменного тока напряжением до 500 В включительно и на номинальные токи до 10000 А .

Предельный ток, который может отключать рубильник, обычно меньше номинального. Для повышения предельного отключаемого тока рубильники снабжают дугогасительными камерами с дугогасительными решетками. В этом случае рубильники допускают отключение тока до (1–1,25) I ном.

Рубильник, не снабженный устройством для гашения дуги, служит для снятия напряжения – отключения цепи без тока и создания видимого разрыва.

По конструкции различают одно-, двух- и трехполюсные рубильники.

Привод рубильников может осуществляться при помощи центральной рукоятки, боковой рукоятки или дистанционно через систему рычагов. В установках собственных нужд электростанций наибольшее распространение получили рубильники с ручным рычажным приводом.

Для надежного отключения и предохранения ножей от обгорания рубильники выполняют с моментным отключением или с дугогасительными контактами. Моментное отключение достигается при помощи моментного ножа, связанного пружиной с параллельным главным ножом. При отключении сначала выходит главный нож и растягивает пружину. Скорость движения моментного ножа и раствор контактов определяются параметрами отключающей пружины. При использовании дугогасительных камер моментные ножи обычно не применяют.

Дугогасительные контакты используют в рубильниках постоянного тока при токах более 100 А и во всех рубильниках переменного тока, где скорость расхождения контактов и их раствор практически не влияют на условия гашения дуги. Эти контакты отключаются последними и служат для защиты главных контактов от обгорания.

Гашение дуги постоянного тока (до 75 А) происходит вследствие её механического растягивания. При больших токах гашение дуги осуществляется за счет ее перемещения электродинамическими силами взаимодействия. Чем короче нож, тем больше силы взаимодействия между дугой и деталями рубильника, что повышает отключающую способность рубильника.

Рис. 4.9. Внешний вид рубильника с функцией защиты (выключатель-предохранитель)
Гашение дуги переменного тока осуществляется за счет околокатодной электрической прочности (150250 В), имеющей место при переходе тока через нуль. Длина ножа в рубильниках переменного тока выбирается по механическим условиям.

Применение дугогасительных камер обеспечивает гашение дуги при отключении номинальных токов рубильниками постоянного тока 220 В и переменного тока 380 В. При напряжении 440 и 500 В отключаемые токи составляют 0,5 I ном.

Выключатели-предохранители предназначены для включения/ выключения нагрузки и защиты от коротких замыканий и перегрузок (рис. 4.9).

Выключатели-предохранители состоят из следующих частей:

трехполюсного основания, оснащенного пружинными контактными губками для присоединения кабелей;
основания с дугогасительными камерами и защитного экрана нижних контактов;
съемной блок-ручки с местом под плавкие вставки.

Переключатели предназначены для переключения электрических цепей.

Пакетные переключатели имеют малые габариты, удобны в монтаже; при переключении исключается выброс пламени и газов. Контактная система позволяет управлять одновременно большим количеством цепей. Такими переключателями разрешается отключать номинальные токи.

Пакетные выключатели не обеспечивают видимого разрыва цепи, поэтому в некоторых цепях необходимо устанавливать рубильники.

4.3.3. Предохранители

Предохранитель  это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение (рис. 4.10).

Процесс отключения состоит из нагревания вставки до температуры плавления и испарения вставки, возникновения электрической дуги и ее гашения с восстановлением изоляционных свойств промежутка,

В большинстве предохранителей отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную. Эта операция производится вручную или автоматически заменой всего предохранителя.

Предохранители характеризуются следующими показателями.

Номинальным током плавкой вставки, т. е. током, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы.

В один и тот же корпус предохранителя могут быть вставлены плавкие элементы на различные номинальные токи, поэтому сам предохранитель характеризуется номинальным током предохранителя (основания), который равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя.

а

Рис. 4.10. Предохранитель серии ПР:

а  разрез; б  ампер-секундная характеристика; 1  фибровая трубка; 2  плавкая вставка; 3  латунная втулка; 4  болтовой контакт ножа с плавкой вставкой; 5  латунный колпачок; 6  медный контактный нож
Предохранители низкого напряжения изготовляют на токи от миллиампер до тысяч ампер и на напряжения 250, 500 и 660 В.

Предохранитель состоит из корпуса или несущей детали, плавкой вставки, контактного присоединительного устройства, дугогасительного устройства или дугогасительной среды (рис. 4.10, а ).

Важнейшей характеристикой предохранителя является токазащитная или ампер-секундная характеристика предохранителя – зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока (рис. 4.10, б ).

Различают минимальный плавящий I ПП, min и номинальный I ном токи плавкой вставки. Наибольший ток, при котором вставка не перегорает в течение 12 ч, называют минимальным плавящим током. Его значение зависит от сечения вставки, материала и ее длины, от конструкции предохранителя, окружающей температуры и обычно нормируется.

Номинальный ток плавкой вставки принимается в 1,31,4 раза меньше ее минимального плавящего тока для предотвращения отключения цепи при нестабильности ампер-секундной характеристики вставки вследствие окисления металла вставки, повышения переходного сопротивления контактов и др.

Плавкие вставки изготовляют из легкоплавких металлов и их сплавов – свинца (200327 °С), цинка (420 °С), а также из тугоплавких – меди (1080 °С), реже серебра (960 °С).

Для снижения электродинамических и термических воздействий на проводники и аппараты защищаемой цепи плавкая вставка должна перегорать в кратчайшее время до возрастания тока до ударного значения, т. е. должна ограничивать ток. Чем меньше время перегорания плавкой вставки и меньше ток при этом, т. е. чем круче ампер-секундная характеристика, тем выше токоограничивающее действие предохранителя.

Для сокращения времени плавления вставки ей придают плоскую специальную форму с несколькими суженными участками. При резком увеличении тока процесс нагрева вставки можно считать адиабатическим, т. е. без отдачи тепла, при этом вставка перегорает в одном или нескольких суженных местах. Для ускорения плавления используют также «металлургический эффект», который заключается в том, что на медные или серебряные проволоки вставки, обычно включенные параллельно, напаивают небольшие оловянные шарики. При расплаве легкоплавких шариков происходит растворение в них тугоплавкого металла вставки. После перегорания вставки возникает электрическая дуга, которая должна быть погашена за короткое время. Это зависит от конструкции предохранителя и способа гашения. В предохранителях с закрытыми разборными патронами из фибры без наполнителя (тип ПР) дуга гаснет за счет высокого давления (1000 Н/см 2 и более) и свойств среды, возникающих в патроне при горении дуги и разложении фибры (50 % СО 2 , 40 % На). В предохранителях с наполнителем (обычно кварцевым песком) типа ПН дуга гаснет благодаря интенсивному охлаждению ствола дуги наполнителем и давлению, создаваемому дугой в узких каналах наполнителя.

Наибольший ток, который может отключить предохранитель без повреждений, называют предельным током отключения предохранителя.

Предохранители разборного типа без наполнителя способны отключать токи до 1020 кА при напряжении источника 220500 В, а с наполнителем – до 100 кА при напряжении сети 380 В .

Плавкие предохранители не имеют размыкающих контактов и приводов, поэтому их применяют в сочетании с простейшими отключающими аппаратами для оперативной коммутации цепей: рубильниками, контакторами и др.

Основные достоинства предохранителей – это простота и компактность конструкции, экономичность, а недостатки – необходимость замены перегоревшей вставки, невозможность автоматического повторного включения (АПВ) отключившегося присоединения, ограниченная селективность (избирательности) действия.

Предохранители насыпные типа ПН-2 (рис. 4.11) широко применяются для зашиты силовых цепей до 500 В переменного и 440 В постоянного тока и выполняются из фарфоровой трубки, квадратной снаружи и круглой внутри, трубка 1 имеет четыре резьбовых отверстия для винтов, с помощью которых крепится крышка 4 с уплотняющей прокладкой 5. Плавкая вставка 2 приварена электроконтактной точечной сваркой к шайбам врубных контактных ножей 3. Крышки с асбестовыми прокладками герметически закрывают трубку. Трубка заполнена сухим кварцевым песком 6. Плавкая вставка выполнена из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,150,35 мм и шириной до 4 мм. На вставке сделаны прорези 7, уменьшающие сечение вставки в 2 раза. Для снижения температуры плавления вставки используется металлургический эффект  на полоски меди напаяны шарики олова 8. Температура плавления в этом случае не превышает 475 °С. Дуга возникает в нескольких параллельных каналах (в соответствии с числом вставок). Это обеспечивает наименьшее количество паров металла в канале между зернами кварца и наилучшие условия гашения дуги в узкой щели. Насыпные предохранители, так же как предохранители ПР, обладают токоограничивающим свойством.

Для уменьшения возникающих перенапряжений плавкая вставка имеет по длине прорези, причем их количество зависит от номинального напряжения предохранителя (из расчета 100150 В на участок между прорезями). Так как вставка сгорает в узких местах, то длинная дуга оказывается разделенной на ряд коротких дуг, суммарное напряжение на которых не превышает суммы катодных и анодных падений напряжения. Наполнителем в предохранителях ПН является чистый кварцевый песок (99 % SiO 2). Вместо кварца может быть применен мел (СаСО 3), иногда его смешивают с асбестовым волокном. При гашении дуги мел разлагается с выделением углекислого газа СО 2 и СаО - тугоплавкого материала. Реакция происходит с поглощением энергии, что способствует гашению дуги. Иногда применяют для засыпки гипс (СаSO 4) и борную кислоту.

В насыпных предохранителях вместо фарфоровых трубок могут применяться трубки из стеклоткани, пропитанной теплостойкими лаками, из стеатита или литые из пластмасс или изоляционных смол.

4.3.4. Контакторы

Контакторы – аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. Для защиты от токов КЗ последовательно с контактором устанавливают плавкие предохранители или автоматические выключатели без дистанционного управления.

Контакторы изготовляются на токи 4-4000 А, напряжение 220, 440, 750 В постоянного и 380, 660 (1140) В переменного тока и допускают 6001500 включений в час. Некоторые специальные серии контакторов допускают до 14000 включений в час. Контакторы могут быть одно- двух- трех- или пятиполюсными.

Электромагнитные контакторы нашли широкое применение в электроустановках. Включение контактной системы в них осуществляется электромагнитом.

В зависимости от режима работы контакторы различаются по категориям применения: на переменном токе АС-1, АС-2, АС-З, АС-4, на постоянном токе ДС-1, ДС-2, ДС-З, ДС-4, ДС-5 (ГОСТ 11206-77E). Контакторы категории АС-1 рассчитываются на применение в цепях электропечей сопротивления и коммутируют только номинальный ток. Контакторы категории АС-2 рассчитываются на пуск электродвигателей с фазным ротором и коммутируют ток 2,5 I ном. Контакторы категории АС-З рассчитываются на пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором и на отключение вращающихся электродвигателей и коммутируют ток 6-10 I ном. Контакторы категории АС-4 рассчитываются на пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором и на отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей, они коммутируют токи 6-10 I ном.

Контакторы постоянного тока в зависимости от категории рассчитаны на коммутацию токов от I ном до 10 I ном.

Контакторы могут быть рассчитаны на работу в прерывисто-продолжительном, продолжительном, повторно-кратковременном или кратковременном режимах.

Контакторы не имеют устройств, реагирующих на перегрузки или КЗ. Эту функцию выполняют предохранители и автоматические выключатели, включаемые последовательно с контактором и защищающие цепь от перегрузок и КЗ. Электродинамическая и термическая стойкость контакторов не нормируется.

Основными элементами контакторов являются: главные контакты, дугогасительное устройство, электромагнитная система и вспомогательные контакты.

Рис. 4.12. Электромагнитный контактор:

а – электрическая схема однополюсного контактора; б – условная конструктивная схема

На рис. 4.12, а показана схема управления однополюсным контактором. Главные контакты контактора КМ включены в цепь двигателя М, а катушка - в цепь управления последовательно с кнопками управления SB 1, SB 2 и вспомогательными контактами SQ .

На конструктивной схеме (рис. 4.12, б ) контактор изображен в момент отключения, когда напряжение с катушки 15, установленной на сердечнике 14, снято и подвижная система под действием пружины 11 пришла в нормальное положение. Дуга, возникшая между контактами 2 и 7, гасится в камере 5 с изоляционными перегородками 4. Втягивание дуги в камеру происходит за счет магнитного поля, созданного магнитной системой, состоящей из катушки 16, включенной последовательно в главную цепь, стального сердечника 1 и полюсных наконечников 17. На выходе из камеры установлена пламегасительная решетка 3, препятствующая выходу ионизированных газов за пределы камеры.

Управление контактором может осуществляться с помощью кнопок, рубильников, реле, ключей управления.

Для включения контактора подается напряжение на зажимы катушки 13 путем нажатия кнопки SB 1. В катушке создается магнитный поток, притягивающий якорь 10 к сердечнику. На якоре укреплен подвижный контакт 7, который после соприкосновения с неподвижным контактом 2 скользит по его поверхности, разрушая пленку окислов на поверхности контактов. Нажатие в контактах создается пружиной 8. Контактные накладки 6 из серебра обеспечивают минимальное переходное сопротивление. В некоторых случаях накладки выполняются из дугостойкой металлокерамики. Контактор удерживается во включенном положении своей катушкой. После включения контактора замыкаются вспомогательные контакты 12 (SQ), шунтирующие кнопку SB1, поэтому размыкание пусковой кнопки не разрывает цепь катушки 15 (КМ).

На якоре 10 предусмотрена немагнитная прокладка из латуни 9, которая уменьшает силу притяжения, обусловленную остаточной индукцией в сердечнике. Таким образом, при снятии напряжения с катушки 15 якорь не «залипает». При значительном снижении напряжения в цепи управления, а также при его исчезновении контактор автоматически отключается.

Для отключения контактора достаточно нажать на кнопку SB 2, которая разомкнет цепь питания катушки 15.

Защита электродвигателя в рассмотренной схеме осуществляется автоматическим выключателем QF . К электромагнитным контакторам общепромышленных серий относятся следующие типы: переменного тока КТ, КТП, КТВ; постоянного тока КП, КПВ, КПД; постоянного и переменного тока КМ, РПК, КН.

Широко применяется контактор поворотного типа серии КТ6000 с щелевыми камерами и магнитным дутьем и КТ7000 с дугогасительными решетками для тяжелых режимов работы в цепях переменного тока (категории АС-З, АС-4).

На рис. 4.13 показана конструктивная схема контактора КТ6000. На металлической рейке 14 крепятся узлы неподвижных контактов 12 вместе с системами магнитного дутья - катушкой 10, сердечником 9, боковыми стальными пластинами 2 и дугогасительными камерами 3. На рейке 14 установлен сердечник электромагнита, неподвижная часть вспомогательных контактов 1 и крепятся опоры подшипников 5 для главного вала 6. Наружная часть вала 8 изолирована, на нем установлены подвижные контакты 11 с контактными пружинами 13 и гибкими связями 7 (три полюса), подвижная часть вспомогательных контактов 1 и якорь электромагнита 4. Работа контактора происходит так, как было описано выше. Контакторы этой серии выпускаются на напряжение 380 и 660 В на токи 100-1000 А, допускают до 1200 включений в час, ток включения при номинальном напряжении до 8 I ном. Контакторы серии КМ2000 изготовляются постоянного тока 220 В до 350 А и переменного тока 380 В до 600 А. Главные контакты - мостиковые, дугогасительная камера с магнитным дутьем. Катушка электромагнита в этих контакторах питается от сети постоянного тока или выпрямленным напряжением от выпрямителя, собранного на полупроводниковых диодах по однофазной мостовой схеме.

Рис. 4.13. Конструктивная схема контактора КТ-6000
Для гашения дуги в контакторах используются решетки с пластинами из меди и изоляционного дугостойкого материала.

Эта система обеспечивает быстрое гашение дуги, что способствует малому износу контактов. Кроме главных контактов контактор имеет несколько вспомогательных блок-контактов для согласования работы с другими аппаратами.

Основные технические данные контакторов:

1) номинальный ток главных контактов (ток прерывисто-продолжительного режима работы);

2) предельный отключаемый ток;

3) номинальное напряжение;

4) механическая износостойкость (определяется числом включений – отключений контактора без ремонта и замены его узлов. Ток в цепи при этом равен нулю. В современных контакторах механическая износостойкость равна (10–20)10 6 операций);

5) электрическая износостойкость (определяется числом включений и отключений цепи с током, после которых требуется замена износившихся контактов. В современных контакторах электрическая износостойкость равна 2–3 млн операций);

6) допустимое число включений в час;

7) собственное время включения (состоит из времени нарастания потока до значения потока трогания и времени движения якоря);

8) собственное время отключения (время с момента обесточивания электромагнита до размыкания контактов).

4.3.5. Магнитные пускатели

Пускатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для пуска останова и защиты электродвигателей.

Магнитные пускатели состоят из электромагнитного контактора, встроенных тепловых реле и вспомогательных контактов. Наиболее распространенными сериями являются ПМБ, ПМА, ПА. Пускатели могут быть реверсивными и нереверсивными, в открытом, защищенном и пылебрызгонепроницаемом исполнении, с тепловыми реле и без них. Магнитные пускатели применяются для управления электродвигателями переменного тока напряжением до 660 В, мощностью до 75 кВт.

Рис. 4.14. Магнитный пускатель серии ПАЕ:

а – электрическая схема; б – конструктивная схема
Электрическая и конструктивная схема магнитного пускателя серии ПАЕ показана на рис. 4.14. При нажатии кнопки SB1 подается питание в катушку контактора КМ(5) через размыкающиеся контакты тепловых реле KST1, KST2 и кнопку SB 2. Якорь электромагнита 6 притягивается к сердечнику 4, вращаясь вокруг оси O 1 . При этом неподвижные контакты 2 замыкаются подвижным контактным мостиком 8. Нажатие в контактах обеспечивается пружиной 9. Одновременно замыкаются вспомогательные контакты SQ (рис. 4.14, а ), которые шунтируют кнопку SB 1. При перегрузке электродвигателя срабатывают оба или одно тепловое реле 11, цепь катушки размыкается контактами KST1 и KST2. При этом якорь 6 больше не удерживается сердечником и под действием собственной массы и пружины 7 подвижная система переходит в отключенное положение, размыкая контакты. Двукратный разрыв в каждой фазе и закрытая камера 10 обеспечивают гашение дуги без специальных устройств. Точно так же происходит отключение пускателя при нажатии кнопки SB 2.

Амортизирующая пружина 3 предохраняет подвижную часть от резких ударов при включении. Все детали пускателя крепятся на металлическом основании 1.

Для защиты электродвигателя от КЗ в цепь включены предохранители (F ). Магнитный пускатель защищает двигатель от перегрузки с помощью тепловых реле и отключает его при снижении напряжений до 50 – 60 % U н.

При перегрузке электродвигателя элементы тепловых реле нагревают биметаллическую пластину, изготовленную из сплавов, имеющих разные коэффициенты линейного расширения, которые при нагрузке изгибаются и размыкают цепь катушки. Магнитные пускатели не предназначены для разрыва цепи при коротком замыкании, поэтому последовательно с ними устанавливаются предохранители.

4.3.6. Автоматические выключатели

Автоматический выключатель предназначен для коммутации цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей (ГОСТ 9098–78Е).

Автоматические выключатели обычно выполняют функции защитных аппаратов при коротких замыканиях или перегрузках (автоматические выключатели максимального тока), снижении или исчезновении напряжения (автоматические выключатели минимального напряжения), изменении направления передачи мощности или тока (автоматические выключателя обратного тока или обратной мощности). Независимо от выполняемых функции автоматические выключатели подразделяются по собственному времени срабатывания t с.в (времени с момента подачи команды до начала размыкания контактов) на нормальные t c .в =0,02–0,1 с), селективные (t c .в регулируется до 1с) и быстродействующие, обладающие токоограничивающим эффектом (t с.в не более 0,05 с).

Собственное время срабатывания зависит от конструкции механизма размыкания автоматического выключателя, силы отключающих пружин, массы подвижной системы и пути перемещения этой массы до момента начала размыкания контактов.

В отдельную группу выделяют автоматы гашения поля генераторов (АГП).

Автоматические выключатели изготовляют на номинальные токи до 6000 А, а отдельные серии до 20000-30000 А и на номинальные напряжения до 660 В переменного тока. Быстродействующие автоматические выключатели изготовляют на номинальное напряжение до 3300В постоянного тока. Отключающая способность автоматических выключателей достигает 200-300 кА.

Автоматические выключатели выполняются одно-, двух-, трехполюсными и имеют следующие конструктивные узлы.

Контактная система может быть трехступенчатой (с главными, промежуточными и дугогасительными контактами), двухступенчатой (с главными и дугогасительными контактами) и при использовании металлокерамики одноступенчатой. Дугогасительная система может состоять из камер с узкими щелями или из камер с дугогасительными решетками.

Комбинированные дугогасительные устройства - щелевые камеры в сочетании с дугогасительной решеткой применяют для гашения дуги при весьма больших токах (рис. 4.15).

Автоматические выключатели изготовляют с ручным и двигательным приводом, в стационарном или выдвижном исполнении.

Привод автоматического выключателя служит для включения и автоматического отключения, может быть ручным непосредственного действия и дистанционным (электромагнитным, пневматическим и др.).

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, называемые расцепителями.

Расцепители  это электромагнитные или термобиметаллические элементы, служащие для отключения автоматического выключателя через механизм свободного расцепления при КЗ, перегрузках и исчезновении напряжения в первичной цепи.

Механизм свободного расцепления состоит из рычагов, защелок, коромысел и отключающих пружин и предназначен для отключения автоматического выключателя, а также для устранения повторного включения автоматического выключателя на короткое замыкание при длительно существующей команде на включение.

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения t с.в (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (t с.в = 0,02–1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (t с.в

Рис. 4.15. Схематический разрез автоматического выключателя серии A3100:

1 основание; 2  крышка; 3  шина; 4  неподвижный контакт; 5  подвижного контакт; 6  медная пластина; 7  гибкие проводники; 8  шины; 9-11  токовые расцепители максимального действия; 12  токовые расцепители теплового действия; 13  изолированный валик или изоляционная траверса; 14–16  рычаги механизма свободного расцепления; 17  рукоятка; 18  камера с дугогасительной решеткой; 19  отключающая пружина;

20  защелка
Нормальные и селективные автоматические выключатели токоограни- чивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, обладают токоограничивающим действием (см. рис. 4.15), так как отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения I у.

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей путем установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.

Автоматический выключатель может быть снабжен коммутатором, имеющим вспомогательные контакты, которые используются в цепях управления, блокировки и сигнализации автоматического выключателя.

Выключатель рассчитан на коммутацию предельно отключаемых и включаемых токов в цикле операций О-П-ВО-П-ВО при номинальном напряжении. Здесь О - отключение, П - пауза (

4.3.7. Устройство защитного отключения

УЗО-Д - коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые при достижении (превышении) дифференциальным током заданного значения при определенных условиях эксплуатации должны вызвать размыкание контактов.

Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и экономическим причинам в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения.

УЗО применяется для комплектации вводно-распределительных устройств (ВРУ), распределительных щитов (РЩ), групповых щитков (квартирных и этажных), устанавливаемых в общественных зданиях, жилых зданиях, административных зданиях, производственных помещениях, а также для защиты отдельных потребителей электроэнергии.

Затраты на установку УЗО несоизмеримо меньше возможного ущерба – гибели и травм людей от поражения электрическим током, возгораний, пожаров произошедших из-за неисправностей электропроводки и электрооборудования и их последствий.

Исключение составляют электроустановки, не допускающие по технологическим причинам перерыва в электроснабжении. В таких установках для защиты людей от поражения электрическим током должны применяться другие электрозащитные меры.

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Основные функциональные блоки УЗО представлены на рис. 4.16.

Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока 1. В абсолютном большинстве УЗО, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика дифференциального тока используется именно трансформатор тока. В литературе по вопросам конструирования и применения УЗО этот трансформатор иногда называют трансформатором тока нулевой последовательности (ТТНП), хотя понятие «нулевая последовательность» применимо только к трехфазным цепям и используется при расчетах несимметричных режимов многофазных цепей.

Пусковой орган (пороговый элемент) 2 выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или электронных компонентах. Исполнительный механизм 3 включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока - тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1, протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I 1 , а от нагрузки как I 2 , то можно записать равенство:

I 1 = I 2 .

Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно-направленные магнитные потоки Ф 1 и Ф 2 . Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю.

Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I 1 протекает дополнительный ток - ток утечки (I ), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).

Неравенство токов в первичных обмотках (I 1 + I в фазном проводнике и I 2 , равный I 1 , в нейтральном проводнике) вызывает неравенство магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3.

Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.

Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки «Тест» искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

Рис. 4.16. Структура УЗО
По условиям функционирования УЗО подразделяются на следующие типы: АС, А, В, S, G .

УЗО типа АС - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно либо медленно возрастающий.

УЗО типа А - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно либо медленно возрастающие.

УЗО типа В - устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи.

УЗО типа S - устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения).

УЗО типа G - то же, что и типа S , но с меньшей выдержкой времени.

Контакторы. Основное назначение коммутационных аппаратов - замыкание и размыкание электрических цепей при переключении их в заданной последовательности. Аппараты, служащие для повторного замыкания и размыкания (под током) электрических цепей, по которым протекают большие токи или которые обладают значительной индуктивностью, называются контакторами. На тепловозах применяют контакторы с электропневматическим (при токах 750-1200 А) и электромагнитным приводами (400 А и меньше). В силовых цепях устанавливают электропневматические контакторы, так как они обеспечивают достаточное нажатие, надежный контакт и быстроту срабатывания.

Контакторы имеют главные и вспомогательные контакты, которые подразделяются на размыкающие и замыкающие. Размыкающий вспомогательный контакт замкнут, когда катушка контакторов обесточена; замыкающий вспомогательный контакт замкнут при включенном контакторе.

Электропневматические поездные контакторы (П1-116)1 применяются для подключения тяговых электродвигателей к тяговому генератору или выпрямительной установке. На тепловозах используются электропневматические контакторы ПК-753Б-6, ПК-754 (тепловозы 2ТЭ116, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 4ТЭ10С, ТЭ10, ТЭП60, ТЭЗ и др.) и ПК-821 (ТЭМ2). Эти контакторы отличаются друг от друга в основном параметрами.

На панели 1 смонтированы неподвижные узлы контактора (рис. 7.4) и цилиндр 2 электропневматического привода. К панели прикреплен отлитый из латуни кронштейн 3, к которому припаяна дугогасительная катушка 4 со стальным сердечником (изолированным от нее). На кронштейне 3 также закреплен главный неподвижный контакт 6. Катушка с сердечником и главные контакт-детали 6 и 7 размещены внутри дугогасительной камеры 5. Ток к подвижной контакт-детали 7 подводится через гибкий медный шунт 1 1.

При подаче напряжения на катушку электропневматического вентиля 15 (типа ВВ-3) воздух поступает в цилиндр 2, поршень 14 со штоком 12 перемещаются вправо. Рычаг 9 поворачивается вокруг оси до тех пор, пока подвижная главная контакт-деталь 7 коснется неподвижной 6. Дальнейший поворот рычага 9 вызывает поворот подвижной контакт-детали 7 вокруг оси 0" и сжатие притирающей пружины 8. При снятии напряжения с катушки вентиля 15 под действием пружины 13 подвижный узел контактора возвращается в исходное положение.

Контактор снабжен вспомогательными контактами 10, состоящими из подвижных изоляционных колодок с медными пластинками, закрепленными на рычаге 9, и неподвижных контактов пальцевого типа, установленных на кронштейне привода. Вспомогательные контакты позволяют осуществлять требуемые зависимости в работе схемы.

" В скобках курсивим дано обозначена" аппаратов для электрической схемы тепловоза 4ТЭ10С (см. вкладку рис. 11.1).

Рис. 7.4. Элсктроиневматический контактор ПК-753Б

Рис. 7.5. Положение контактов при замыкании: а - положение перед замыканием; б - момент начала замыкания; в рабочее положение; Л раствор; Б- - провал контактов

Таблица 7.1

* В числителе для главных контактов, в знаменателе для вспомогательных контактов.

Форма главных контакт-деталей такова, что при замыкании первоначально сходятся их передние концы, затем подвижная контакт-деталь перекатывается по неподвижной до прилегания задних частей. Таким образом, при замыкании происходит относительное скольжение контактных поверхностей под усилием, создаваемым притирающей пружиной 8. Во время размыкания происходит обратное перекатывание и последними размыкаются передние концы контакт-деталей.

Последовательность положения контакт-деталей при замыкании показана на рис. 7.5. При такой работе контакт-деталей уменьшается их изнашивание, предотвращается приваривание и сохраняется рабочая часть. Главные контакты изготовлены из твердо-тянутой меди, из меди с накладкой серебра или металдокерами-ческого сплава и в случае износа могут быть легко заменены. Технические данные контактора ПК-753Б приведены в табл. 7.1.

Контактор ПК-754 отличается от контактора ПК-753Б меньшими габаритными размерами, которые достигнуты за счет уменьшения размеров литого основания пневматического привода. У контакторов типа ПК753-Б6 вместо кожаных манжет в пневматическом приводе используются резиновые, показавшие более надежную работу. Для смазывания резиновых манжет применяется смазка ЦИАТИМ-221. Для повышения срока службы дугогасительной камеры в асбоцементных стенках помешены ситалловые вставки. Кроме того, усилено крепление силовых контактов и дугогасительной катушки.

Групповой контактор типа ПКГ-565 (ВШ1, ВШ2) применяется для подключения резисторов ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. Контактор имеет диафрагменный привод 9, управляемый электроиневматическим вентилем 1 (типа ВВ-3). Шток 8 привода (рис. 7.6) с контактодержателем 2, на которых укреплены подвижные контакты 6 мостикового типа с пружинами 7, перемещается и замыкает главные контакты под воздействием пневматического привода. Неподвижные контакты 5 укреплены на пластмассовых контактодержателях, прикрепленных к уголкам 3. Неподвижные и подвижные контакты имеют металлокерамические накладки.

Размыкание контактов происходит под действием силы тяжести подвижных частей и отключающей пружины 4 при снятии напряжения с катушки вентиля 1. Вспомогательные контакты мостикового типа. Металлокерамические контакты допускают нагрев до 125 °С (медные - до 115 °С) и выполнены без дугогасительного устройства, так как падение напряжения на обмотках возбуждения тяговых двигателей небольшое (до 20 В). Технические данные контактора приведены в табл. 7.1.

Реверсор (IIP) предназначен для изменения направления движения тепловоза путем изменения направления тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей. На тепловозах применяется контактная система барабанного или кулачкового типа, а приводы поршневые и диафрагменные. Поршневой привод для тепловозных реверсоров уже не выпускается. На тепловозе ТЭЗ применен реверсор барабанного типа (ПР-1М) с диафрагменным пневматическим приводом. Реверсоры включают в цепь обмоток возбуждения, а не в цепь якорей электродвигателей, так как в этом случае напряжение между контактами реверсора меньше, а следовательно, и размеры аппарата получаются также меньшими.

На тепловозах ТЭМ2 устанавливают кулачковые реверсорытипа ППК-8200. На тепловозах ТЭ10, 2ТЭ10Л и ТЭП60 применен пневматический кулачковый переключатель типа П ПК-8601, на 2ТЭ116- ППК-8064, рассчитанный на ток 1000 А.

Групповой кулачковый переключатель (реверсор) типа ППК-8063 (рис. 7.7) устанавливается на тепловозах 2ТЭ10В (М и С). Технические данные его приведены в табл. 7.1. Схема работы кулачкового реверсора показана на рис. 7.8.

Пневматический привод 3 реверсора (см. рис. 7.7) диафраг-менного типа и кронштейн 9 связаны с шестью изолированными стойками 7. К четырем стойкам крепятся неподвижные контакты 5, а к двум - подвижные 2.

Фигурные пластмассовые кулачковые шайбы 8 посажены на вал 1, который поворачивается приводом. Привод управляется

Рис. 7.6. Электропневматический групповой контактор ІІКГ-565

электропневматическими вентилями 4 типа ВВ-32. Переключатель имеет устройство для ручного поворота и фиксации контактов в нейтральном положении. По числу тяговых электродвигателей переключатель имеет шесть электрических групп, каждая из которых состоит из четырех неподвижных контактов, укрепленных на стойках, и подвижных, смонтированных на двух качающихся рычагах 6. Каждый рычаг управляется одной кулачковой шайбой 8.

Переключения в обмотках возбуждения двигателей могут осуществляться только в обесточенном состоянии, так как реверсор не имеет дугогасящих устройств. Управление реверсором производится реверсивной рукояткой контроллера машиниста.

Электромагнитные контакторы. Привод контакторов выполнен в виде электромагнита с подвижным якорем. При протекании тока но катушке электромагнита якорь под действием магнитного поля, создаваемого катушкой, притягивается к сердечнику, вследствие чего подвижный контакт прижимается к неподвижному.

Контакторы электромагнитные типа МК (КВ, ВВ, КМН, КТН) используются в цепях возбуждения тяговых генераторов и электро-

Рис. 7.8. Схема работы кулачкового элемента реверсора: а положение «Вперед»; б положение «Назад» (стрелки показывают направление тока в обмотке возбуждения)

двигателей собственных нужд на тепловозах более позднего выпуска. Все элементы контактора (рис. 7.9) собраны на скобе 1. Якорь 12 вращается на призмах, поджимаемых пружинами 7. Главная контактная система 8 состоит из контактной колодки 11 с неподвижными контактными скобами и дугогасительными катушками, траверсы 9 с подвижными контактами мостикового типа и дуго-гасительной камерой 10.

Вспомогательная контактная система 4 состоит из контактных колодок 5 с неподвижными контактными скобами и траверсы 6 с подвижными контактами мостикового типа. Контактор включается катушкой 13, а выключается пружинами. Регулировка растворов и провалов производится пластинами 3 и перемещением колодки 2, ограничивающей ход якоря. Контакторы типа МК рассчитаны на токи включения 100-400 А.

Электромагнитный контактор КПВ-604 (Д1-ДЗ) применяется в цепи пуска дизеля и предназначен для коммутации больших кратковременных токов (до четырехкратного номинального). Контактор (рис. 7.10) собран на основной скобе 4 магнитопровода. На нижнем конце скобы закреплены втягивающая катушка 1 с сердечником 2 и якорь 12. Якорь вставлен в прорезь скобы и двумя пружинами прижимается к ее призме 5. На верхнем конце скобы

закреплено пластмассовое основание 7 с дугогасительным устройством и неподвижным контактом 8.

При подаче напряжения на" катушку к ее сердечнику притягивается якорь, на котором закреплена скоба 6, несущая подвижной контакт 9. Четыре блокировочных контакта 13 мостикового тина расположены справа и слева от катушки. Для переключения их к якорю контактора прикреплена нажимная пластина 3. Чтобы не повредить корпус блокировочных контактов необходимо следить, чтобы при включении нажимная пластина не ударяла по корпусу, а траверса с подвижными контактами имела свободный ход около 1 мм. Притирание главных контактов обеспечивается притирающей пружиной 10, а отключение - возвратной пружиной 1/. Контактор имеет номинальный ток включения 250 А.

Трехполюсный электромагнитный контактор переменного тока типа КМ-2334 (рис. 7.11) используется для включения мотор-вентиляторов холодильной камеры. Электромагнитная система контактора состоит из сердечника 1/, якоря 14 Т-образной формы и двухсекционной катушки 13 постоянного тока. С якорем шарнир-но связана подвижная система, состоящая из скобы 15 и планки 10, к которой крепятся подвижные главные контакты 7 и вспомогательные контакты 3. Подвижная система уравновешена рычагами 12 и грузом противовеса 2. Нажатие контактов 7 создается пружиной 8 и регулируется шайбами 9. Контактная система мостикового типа. Неподвижные главные контакты 4 расположены в камере дугогашения. Гашение электрической дуги происходит в замкнутом пространстве дугогасительной камеры 5, имеющей основание и крышку 6, изготовленные из дугостойких прессматериалов. Все части контактора смонтированы на основании 1.

Контроллер машиниста предназначен для управления передачей мощности тепловоза, частотой вращения вала дизеля и изменения направления движения тепловоза. Переключением реверсивной

Рис. 7.12. Контроллер машиниста КВ-1552: и обший вил; б фиксирующий механизм; я контактный элементрукоятки У (рис. 7.12) контроллера машиниста изменяют напра:5ле-ние движения тепловоза. Изменением положения штурвала 2 или главной рукоятки контроллера меняют частоту вращения вала дизеля, а следовательно, и его мощность.

На тепловозах ТЭ1, ТЭ2, ТЭЗ, ТЭМ1, ТЭМ2, ТЭ10, 2ТЭ10Л и 2ТЭ10В более раннего выпуска установлены контроллеры с ручным управлением типов КВ-16А-12, КВ-150І, КВ-0801, которые отличаются друг от друга различным числом позиций. На тепловозах 2ТЭ116, 2М62, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М и 2ТЭ10С установлены контроллеры КВ-1552, на которых применена контактная система мостико-вого типа, а управление главным барабаном осуществляется штурвалом взамен главной рукоятки. Тепловозы ТЭМ2 и ТЭМ7, предназначенные для работы «в одно лицо», оборудуются контроллерами с ручным и электропневматическим приводом типов КВ11-0854М и КВП-0855МУЗ.

Контроллер (КМ) типа КВ-1552 состоит из корпуса 3, крышки, главного 6 и реверсивного 4 барабанов, кулачковых элементов (шайб) 7, реверсивной рукоятки 1 и штурвала 2. На вал главного барабана набираются кулачковые шайбы, при помощи которых замыкаются и размыкаются в определенной последовательности контактные элементы 5. Позиции главного и реверсивного барабанов фиксируются насаженными на их валы храповиками 12. Фиксация храповика происходит на каждой позиции штурвала или реверсивной рукоятки специальным рычагом 10, фиксатором 9 и пружинами 8 и 1/. Фиксатор является одновременно механической блокировкой реверсивной рукоятки и штурвала, которая исключает перемещение реверсивной рукоятки на ходовых позициях штурвала главного барабана и поворот штурвала на нейтральном (нулевом) положении реверсивной рукоятки.

Реверсивная рукоятка съемная, она им^ет три положения: «Вперед», «Назад» и нейтральное. Снять рукоятку можно только при нулевом положении штурвала. Контактный элемент мостикового типа с двойным разрывом контактов, состоит из пластмассового изолятора 17 и рычага 13, контактных болтов 14, мостиковых контактов 16, держателя и пружин 15, обеспечивающих начальное и конечное контактное нажатие. В рычаге имеется ролик, который, перемещаясь по поверхности кулачковой шайбы, включает или выключает контактный элемент.

Контроллер КВ-1552 имеет следующую техническую характеристику.

Напряжение, В 110

Ток продолжительного режима, А 20

Раствор, мм 8 - 10

Провал, мм 2,0 - 3,0

Нажатие, Н 4 - 6 Угол поворота, град.:

главного барабана 300

реверсивного барабана в обе стороны 35

Число кулачковых элементов главного барабана 11

Число элементов реверсивного барабана 8

Число позиций 15

Контроллер машиниста КВП-0854М, кроме ручного привода, имеет электропневматический привод, обеспечивающий дистанционное управление контроллером. Этот привод состоит из трех цилиндров управления главным барабаном и цилиндра переключения реверсивного барабана.

Привод увеличения или уменьшения позиций (рис. 7.13 "а) состоит из цилиндра 3, поршня 1/, штока 4, на котором укреплены серьга 12 и толкатель 7 с пружиной 6, возвратной пружины 5 и упора 1. При подаче воздуха в цилиндр 3 поршень 1/, перемещаясь, толкает шток 4. При этом толкатель 7 входит в зацепление с зубом храпового колеса главного вала и, перемещая его, переводит главный барабан контроллера на одну позицию. Шток доходит до упора; чтобы смягчить удар, он имеет амортизатор 2.

Рис. 7.13. Контроллер машиниста К Г1В-0854: а- иринод увеличения или уменьшения позиций; 6 привод сброса ікмиций; в - привод переключения реверсивного вала

Когда воздух в цилиндр не поступает, пружина 5 возвращает поршень и шток в исходное положение. Толкатель 7, проходя под зубом храпового колеса, поворачивается вокруг оси 8 и пружина 6 возвращает его в первоначальное положение.

Привод сброса с любого положения на нулевое (рис. 7.13. б) имеет два цилиндра 3 и 14, зубчатую рейку 15, шток 4, манжету 10 и крышки 9 и 13. Шток и зубчатая рейка выполнены раздельно, е тем чтобы усилие трения манжеты не передавалось на главный вал и не влияло на усилие переключения. Рейка 15 постоянно находится в зацеплении с шестерней вала, связанного с главным барабаном контроллера. При нулевом положении штурвала контроллера зубчатая рейка находится в крайнем левом положении. При увеличении позиций шестерня перемешает ее к штоку. При быстром сбросе позиций сжатый воздух перемещает шток 4, а следовательно, и зубчатую рейку до упора, возвращая тем самым контроллер в нулевое положение.

Привод переключения реверсивного барабана (рис. 7.13, б) работает аналогично приводу быстрого сброса позиций, отличие заключается в том, что воздух в цилиндр подается то с одной, то с другой стороны, тем самым переключая реверсивный вал из положения «Вперед» или «Назад» в противоположное без фиксации в нулевом положении. Фиксация главного и реверсивного барабанов, а также контактная система контроллера КВП-0854М такие же, как у контроллера КВ-1552.

Электропневматические вентили ВВІ, ВВЗ, ВВ32 управляют впуском сжатого воздуха в пневматический цилиндр привода или другого устройства и выпхеком этого воздуха в атмосферу. Все вентили включающего типа. При подаче напряжения на катушку вентиль впускает воздух в цилиндр аппарата или другого устройства.

Электропневматический вентиль типа ВВ32 (рис. 7.14, а) имеет электромагнитный привод плунжерного типа. На корпусе 8 вентиля установлена катушка 4, внутри которой имеются направляющие втулки 2 и 6. Подвижная часть состоит из плунжера (якоря) 3 и клапанов 5 и 7. При обесточенной катушке пружина 9 удерживает в верхнем положении подвижную часть. Клапан 7 закрыт, и сжатый воздух из резервуара не поступает в цилиндр привода, а клапан 5 сообщает цилиндр привода с каналом выпуска (атмосферой).

При подаче напряжения па катушку плунжер 3 втягивается в катушку и перемещает подвижную часть вниз. При этом клапан 7 открывает нижнее отверстие, по которому в цилиндр поступает из воздушного резервуара сжатый воздух. Выпускной клапан 5 закрывает верхнее отверстие для выхода воздуха из цилиндра аппарата в атмосферу.

Вентиль снабжен кнопкой 1 для ручной проверки его работы. Катушка вентиля залита эпоксидным компаундом, который образует вокруг обмотки твердый слой, являющийся одновременно и изоляцией, и каркасом. Вентили типов ВВІ и ВВЗ имеют электромагнитный привод клапанного типа; их катушки намотаны на каркасах. Техническая характеристика вентилей приведена в табл. 7.2.

Вентили типа ВВ-1000 (рис. 7.14. б)- это двухпозинионные пмевмораспределители с электромагнитным приводом и пружинным возвратом. Они более надежны, а детали их унифицированы. Пнев-

мораспределитель (клапанный механизм) и электромагнит представляют собой самостоятельные узлы. В корпусе пневмораспределите-ля 12 расположены верхний 13 и нижний 11 затворы и заглушка 10, установленные по подвижной посадке и уплотненные резиновыми кольцами; клапан удерживается в исходном положении пружиной 9. Использование автономных затворов позволяет легко их заменить.

Электромагнит вентиля состоит из ярма 14 с катушкой 4 и установленной в нем по неподвижной посадке втулки 2 с якорем 17 и сердечником 16 со штоком 15. Втулка фиксируется в ярме

Таблица 7.2

Таблица 7.3

пружинным кольцом 19. Полость электромагнита от загрязнения защищена колпачком 20 и кольцами 18. При наладочных работах или аварийных ситуациях вентиль включают вручную, используя кнопку, выполненную заодно с якорем и закрытую колпачком. Включающий и выключающий вентили различаются конструкцией клапанного механизма.

Тяговые электромагниты типов ЭТ-45Б и ЭТ-52Б (MPI - МР4) используются в системе управления дизелем для изменения частоты вращения на тепловозах 2ТЭ10В (М, С), ТЭК), ТЭ1160, 2ТЭ116 и др. Тяговый электромагнит ЭТ-52Б (рис. 7.15) закрытого типа. При прохождении тока по катушке 2 якорь 3 притягивается к сердечнику 1 и перемешает шток 6. Регулировка хода осуществляется винтом 5. Ток срабатывания 0,12 А. Корпус 4 имеет резьбу для ввинчивания магнита в корпус регулятора частоты вращения вала дизеля.

Электромагнит ЭТ-54Б для включения в схему имеет штепсельный разъем. Технические данные электромагнитов приведены в табл. 7.3.

Кнопочные выключатели, тумблеры, разъединители. Включение и выключение цепей управления, освещения и цепей вспомогательных электрических машин выполняют кнопочными выключателями (ВК). На тепловозах более раннего выпуска применяются кнопочные выключатели, имеющие по 12 кнопок, из которых две имеют возвращающую пружину (с самовозвратом) для пуска дизеля.

Рис. 7.15. Электромагнит ЭТ-52Б

Рис. 7.16. Кнопочный выключатель

Во всех этих выключателях применен один и тот же кнопочный элемент.

Каждая кнопка (рис. 7.16) имеет два неподвижных стальных пальца 5, привинченных к деревянной рейке 6, и подвижной фибровый ползун 4, на котором укреплена медная контактная планка 3. Ползун соединен стержнем 2 с пуговкой (головкой) 1 кнопки; он имеет канавку для фиксации кнопки в выключенном положении.

Кнопочные выключатели снабжены механическим замком, рукоятка которого может быть вставлена и вынута только при включенных и запертых кнопках. На тепловозах 2ТЭ10В вместо кнопочных выключателей до 1984 г. устанавливались автоматы типа А-3161 на 15 и 20 А. С 1984 г. на тепловозах устанавливают автоматические выключатели типа АЕ-25, специально разработанные для подвижного состава.

Выключатель кнопочный ножной (КН) используется на всех тепловозах как педаль песочницы или тифона. Это выключатель с двумя пальцами и скользящим контактом. Он рассчитан на ток 10 А при напряжении 75 В. Нажатие пальцев 10- -20 Н. На всех тепловозах установлен разъединитель батареи (ВБ), который представляет собой двухполюсный рубильник, установленный на изоляционной доске и имеющий дистанционный рычажный привод.

Выключатель реле заземления (ВРЗ) типа ГВ-27А установлен на тепловозе ТЭЗ. Это трехполюсный рубильник, рассчитанный на продолжительный ток 80 А и номинальное напряжение 250 В. На других тепловозах для реле заземления применены отключатели однополюсные типа ГВ-25Б с теми же характеристиками.

На тепловозах 2ТЭ10В (М, С) в качестве отключателей тяговых двигателей применены двухполюсные тумблеры типа ТВ 1-2. На тепловозах ТЭЗ, ТЭМ1 и ТЭМ2 используются стандартные универсальные переключатели типа УП-5312ТС8Б, которые имеют набор контактных элементов с обшей рукояткой. При повороте рукоятки переключателя шайбы поворачиваются и замыкают те или другие электрические цепи. Такого же типа переключатель на тепловозах 2ТЭ10В (М, С) использован для аварийного отключения дизеля (АР).

Тумблеры ПКР, УТ, УП и другие выключатели типов ТВ-2 и ТВ1-4 применяются в качестве переключателя режимов, управления тепловозом, для отключения управления переходом на ослабленное возбуждение, управление жалюзи холодильника, муфтой вентилятора, в цепях освещения, для включения цепи дополнительного регулирования и др. Выключатели (рис. 7.17) рассчитаны на 220 В и 5 А, неразборные. Так как расстояние от оси 3 до средней части скоса сектора 4 минимальное по отношению к остальным точкам скоса, то ручка 2 при повороте переходит в одной из крайних положений (прд действием пружины), поворачивая сектор 4 также в одной из крайних положений. Один из контактных мостиков 5 сходит с пары неподвижных серебряных контактов 1, размыкая их, а второй замыкает другую пару контактов 1.

Автоматические выключатели типа АЕ-25 применяются для защиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий. Устройство выключателя АЕ-25 показано на рис. 7.18, а техническая характеристика приведена в табл. 7.4. Устройство выключателя А3700, используемого в цепи уравнительных соединений, аналогично выключателю АЕ-25, но он имеет трехполюсное исполнение.

Та 6л и ца 7.4

Операция включения или отключения выключателя осуществляется переводом рукоятки соответственно в верхнее или нижне-положение. Автомат смонтирован на основании 1, на котором размещены все его части, закрывающиеся крышкой 3. Коммутирующее устройства состоит из подвижного 4 и неподвижного 10 контактов. Гашение дуги при разрыве контактов происходит в деионной решетке 11 дугогасительной камеры. Автоматическое отключение производится электромагнитным расцепителем максимального тока 9 при коротком замыкании и тепловым расцепителем тока 8 при возникновении перегрузки. При этом незакрепленный конец биметаллической пластинки теплового максимального расцепителя 8 нажимает на рейку 7 и освобождает" защелку механизма управления 5; под действием пружины подвижной контакт займет разомкнутое положение, а рукоятка 6- нейтральное. Для включения выключателя после его автоматического выключения предварительно необхо-

димо движением рукоятки вниз до отказа ввести рычаг взвода в зацепление с рейкой 7, после чего рукоятку перевести вверх до отказа. При автоматическом срабатывании выключателя повторно его включают не ранее 1 мин после срабатывания. Выключатели снабжены пламегасительным устройством 2. Выключатели рассчитаны для работы до полного износа без зачистки контактов и смены частей, но содержать их следует чистыми.

Реле управления (РУ). Реле предназначены для коммутации цепей управления. Реле управления типа Р-45М имеют различные модификации в зависимости от числа и типа контактов. Реле исполняют с двумя видами контактов пальцевыми и мостиковыми.

Якорь 3 (рис. 7.19) реле свободно качается на кронштейне 4. Когда катушка 1 обесточена, пружина 6 отжимает якорь от сердечника 2, при этом контакты разомкнуты. Когда катушка обтекается током, якорь притягивается к сердечнику 2, преодолевая сопротивление пружины, при этом контакты 7 и 8 реле замыкаются. Контакты реле имеют следующую характеристику.

Пальцевого типа Мостикового типа

Ток продолжительного режима, А 10 2

Раствор, мм 7,5 3 - 6

Провал, мм 3 2-3

Нажатие, Н 27 - 33 11 - 13

Реле регулируют на необходимое значение тока срабатывания изменением затяжки пружины винтом 5. Пружина 9 служит для притирания контактов.

На тепловозах последних выпусков устанавливают реле управления типа ТРПУ-1. Оно рассчитано на напряжение до 110 В, допустимый ток продолжительного режима контактов 5 А, имеет меньшие габаритные размеры и массу по сравнению с Р-45М. Реле связано с электрической схемой при помощи штепсельных разъемов.

Электромагнитное реле ТРПУ-1 (рис. 7.20) состоит из скобы (маг-нитопровода) 7, катушки 5 с сердечником 6, ягоря 9, замыкающих 1 и размыкающих 2 контактов. При прохождении тока по катушке якорь притягивается к сердечнику, и через траверсу 3 происходит замыкание или размыкание контактов. После снятия напряжения пружина 8 устанавливает якорь в исходное положение, при этом замыкающие контакты размыкаются, а размыкающие замыкаются. Ход -якоря ограничивается угольником 4. Контакты реле имеют серебряные наплавки.

К аппаратуре защиты относятся различного рода реле, автоматические выключатели и предохранители.

1. Автоматические выключатели (автоматы)

Автоматическим выключателем (автоматом) называется электрический коммутационно-защитный аппарат с высокой коммутационной способностью, предназначенный для автоматического размыкания электрических цепей при аварийных ситуациях, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей при нормальных условиях работы.

Для более частых оперативных включений-отключений электрических цепей разработаны коммутационно-защитные аппараты (типа АКЗ), обладающие повышенной коммутационной способностью.

Автоматы, срабатывающие при токах короткого замыкания без выдержки времени и встроенные в пластмассовый защитный корпус, называются неселективными (установочными) . Автоматы с выдержкой времени при отключении токов короткого замыкания называются селективными .

Расцепители в автоматах контролируют величину соответствующего параметра защищаемой цепи и дают сигнал на отключение автомата, когда эта величина достигнет заданного значения, называемого уставкой (ток срабатывания, напряжение срабатывания и т. д.), Так, например, уставка генераторных автоматов равна 115% номинального тока генератора . В расцепителях предусматривается возможность регулирования уставки в достаточно широких пределах. Это необходимо для осуществления селективной (избирательной) защиты электрической сети, в которую включен автомат.

Установочные автоматы комплектуются следующими видами расцепителей:

электромагнитными , срабатывающими мгновенно при токах, превышающих номинальный ток уставки от 2 до 20 раз (защита от токов короткого замыкания);
тепловыми , срабатывающими при токах, составляющих от 1,25 до 1,8 номинального тока расцепителя (защита от перегрузок);
комбинированными , состоящими из электромагнитных и тепловых элементов.

Расцепители установочных автоматов не имеют приспособлений для регулирования тока срабатывания в эксплуатации.

Автоматы наряду с ручным могут снабжаться дистанционным электромеханическим приводом, электродвигательным в автоматах серий АМ и А3100.

В судовых автоматах используется механизм моментного включения и отключения, когда замыкание и размыкание контактов осуществляется с постоянной скоростью, не зависящей от частоты вращения рукоятки.

Основными характеристиками автоматов являются: защитная (время-токовая) характеристика, предельная коммутационная способность, термическая устойчивость, электродинамическая устойчивость, механическая и электрическая износоустойчивость.

Защитной характеристикой автомата называют зависимость полного времени от момента возникновения тока короткого замыкания до момента срабатывания расцепителя от силы тока, проходящего через расцепитель, или кратности этого тока по отношению к номинальному току расцепителя. Защитные характеристики автоматов определяются наличием тепловых, электромагнитных или комбинированных расцепителей, а также селективной пристройкой замедлителя расцепления.

По особенностям защитных характеристик различают автоматы мгновенного действия с зависимой выдержкой времени при перегрузках и мгновенным отключением при коротких замыканиях.

Установочный автомат снабжен тепловым и электромагнитным разделителями, работающими независимо друг от друга.

При токах нагрузки, меньших по сравнению с током уставки электромагнитного расцепителя, работает только тепловой расцепитель, так как уставка электромагнитного расцепителя больше уставки теплового расцепителя. При токах нагрузки, превышающих уставку электромагнитного расцепителя, работает только электромагнитный расцепитель, так как тепловой расцепитель имеет при этих токах большее время срабатывания. При работе электромагнитного расцепителя полное время срабатывания автомата мало, и это является весьма ценным его качеством.
Большая скорость срабатывания установочных автоматов, примерно одинаковая для всех аппаратов этого типа, ограничивает селективность их работы. Селективность действия двух установочных автоматов возможна лишь в пределах уставок их электромагнитных расцепителей.

В селективных автоматах, снабженных замедлителями расцепления, время срабатывания автомата увеличивается на время срабатывания замедлителя.

Предельная коммутационная способность автомата — это наибольшее значение тока, который электрический аппарат способен отключить без повреждений и включить без сваривания контактов.

Термическая устойчивость — наибольшее значение тока, который электрический аппарат способен пропустить в течение короткого промежутка времени без порчи изоляции и токоведущих частей. Термическая устойчивость количественно может характеризоваться также произведением квадрат силы тока на время протекания тока пропорциональным количеству выделенного тепла.

Электродинамическая устойчивость — наибольшее значение тока (ударный ток), который электрический аппарат способен выдержать в течение короткого промежутка времени без механических повреждений.

Механическая и электрическая износостойкость — количество коммутационных циклов включение — отключение с заданными интервалом между циклами и способами включения и отключения, которое аппарат способен выдержать без повреждений.

2. Контакторы

называется электромагнитный аппарат дистанционного действия, предназначенный для частых включений и отключений электрических цепей при нормальных режимах работы.

В зависимости от условий применения контакторы устанавливаются в пускателях, станциях управления, распределительных щитах или используются в виде отдельных аппаратов, смонтированных в ящиках.

Контакторы, имеющие выдержку времени перед отключением или включением, называются таймтакторами .

Коммутационная способность контактора характеризуется:

предельной разрывной способностью — наибольшим током, который контактор способен отключить без электрических и механических повреждений;
критической разрывной способностью — наименьшим током, который контактор способен отключить без затяжки дуги (у современных контакторов морского исполнения переменного и постоянного тока при двухполюсном разрыве критическая разрывная способность не ограничивается, т. е. они способны, как правило, отключать все токи до нуля);
предельной способностью включения — наибольшим пиком тока, который контактор способен включить без приваривания контактов;
электродинамической и термической устойчивостью — наибольшим пиком тока, который заранее включенный аппарат может выдержать в течение заданного времени, оставаясь в полной исправности.

К параметрам срабатывания контакторов относятся:

напряжение втягивания — наименьшее напряжение на катушке, при котором происходит включение контактора без остановки или задержки подвижной системы в промежуточном положении. Это напряжение составляет 85% номинального. У контакторов постоянного тока в морском исполнении напряжение втягивания составляет 80% номинального;
напряжение удержания — наименьшее напряжение на катушке, при котором якорь электромагнита контактора удерживается в полностью притянутом положении. Напряжение удержания составляет 70% номинального;
напряжение отпадания — наибольшее напряжение на" катушке, при котором происходит полное отпадание якоря электромагнита. Рекомендуемое значение напряжения отпадания — не более 60% номинального. Практически оно может составлять 3—5% номинального;
коэффициент возврата, представляющий собой отношение напряжения отпадания якоря к напряжению втягивания;
собственное время срабатывания, к которому относится собственное время втягивания, отпадания, замыкания и размыкания.

Собственное время втягивания — это время от момента подачи питания на втягивающую катушку до момента полного втягивания якоря контактора.

Собственное время отпадания — это время от начала прекращения питания втягивающей или удерживающей катушки при номинальном режиме контактора до момента полного отпадания якоря электромагнита.

Собственное время замыкания для контактора с замыкающими контактами — это время от момента замыкания цепи втягивающей катушки до момента первого касания замыкающего контакта контактора.

Собственное время замыкания для контактора с размыкающими контакторами — это время от момента начала прекращения питания втягивающей катушки до момента первого касания размыкающего контакта контактора.

Собственное время размыкания для контактора с замыкающими главными контактами — это время от момента размыкания цепи втягивающей катушки Д) момента появления напряжения между подвижными и неподвижными контактами, обусловленного их расхождением.

Собственное время размыкания для контактора с размыкающими контактами — это время от момента замыкания цепи втягивающей катушки до момента появления напряжения между подвижными и неподвижными контактами, обусловленного их расхождением.

Износостойкость контакторов характеризуется числом включений — отключений (циклов) и наибольшей допустимой частотой включений.

3. Пакетные выключатели и переключатели

Пакетные выключатели и переключатели — это коммутационные аппараты ручного управления, состоящие из собранных в пакеты секций (с контактами), предназначенные для включений, выключений и переключений цепей постоянного и переменного тока.
Пакетные выключатели и переключатели могут быть с контактами ножевого и мостикового (кулачкового) типов.

Пакетные выключатели и переключатели по количеству полюсов разделяются на двух и трехполюсные; изготовляются на номинальные токи от 10 до 400 А; могут иметь открытое, защищенное и герметическое исполнения корпуса. Переключатели выполняются на два или три направления.

4. Рубильники, рубящие переключатели

, рубящим переключателем называют электрический аппарат с ручным приводом, предназначенный для коммутации электрических цепей под током. Рубильники выполняют функцию замыкания — размыкания цепей, а рубящие переключатели — еще и функцию переключения цепей.

Разъединителем называют электрический аппарат с ручным приводом, предназначенный для коммутации обесточенных электрических цепей.

Рубильники кроме главных ножей имеют также разрывные (моментные) ножи, которые обеспечивают достаточную скорость отключения, не зависящую от скорости движения руки оператора, и предохраняют главные контакты от разрушающего действия дуги.

Моментные ножи выполняются облегченной конструкции, так как они бывают нагружены кратковременно. Рубильники и переключатели на токи 600 А и выше изготовляются без моментных ножей — с медно-графитовыми (разрывными) контактами.

Для повышения предельного отключаемого тока рубильники и переключатели снабжаются дугогасительными камерами с дугогасительной решеткой. Разъединители не имеют моментных ножей и дугогасительных камер. Рубильника и переключатели могут снабжаться замыкающими и размыкающими блок-контактами. приводимыми в действие одновременно с контактными ножами.

5. Универсальные переключатели

Универсальным переключателем называется коммутационное устройство, служащее для ручного управления включением или переключением цепей в электрических установках.
Переключатель набирается из отдельных секций, состоящих из двух подвижных контактов и трех шайб, из которых две предназначены для включения двух подвижных контактов и одна — для их отключения. При большом числе кулачковых шайб с разным профилем и разной конфигурацией возможен набор многочисленных схем включения контактов. Очередность и порядок включения отдельных контактов определяются схемой расположения шайб.

Основными характеристиками универсальных переключателей являются: коммутационная способность , характеризуемая предельным током отключения при данной длительности нагрузки; механическая износостойкость , определяемая предельным числом включений обесточенного аппарата; перегрузочная способность , характеризуемая допустимым током перегрузки в течение определенного промежутка времени.

6. Плавкие предохранители

называют электрический аппарат, размыкающий электрическую цепь путем расплавления плавкой вставки, нагретой током, превышающим заданное значение.

Плавкие прёдохранители предназначаются для защиты электрических цепей и элементов электроустановок при возникновении перегрузок или коротких замыканий. Наиболее распространенные материалы плавких вставок — цинк и серебро.

Основными характеристиками плавких предохранителей являются защитные (время-токовые) характеристики и предельная разрывная способность.

Защитной характеристикой предохранителя называется зависимость полного времени отключения (продолжительность гашения дуги) от тока, отключенного предохранителем.

Защитной время-токовой характеристикой предохранителя определяется: способность защищать элемент установки от перегрузок; избирательность (селективность) действия предохранителя в совокупности с действием других элементов защиты; способность отстраиваться от пусковых и пиковых токов защищаемого приемника электроэнергии.

Время плавления плавких вставок, рассчитанных на токи с одинаковыми номинальными значениями, при одних и тех же токах перегрузки получается разным. Это объясняется тем, что всегда имеет место так называемый разброс характеристик предохранителей. Разброс вызван главным образом неизбежными при изготовлении плавких вставок производственными допусками. Относительно широкая зона разброса характеристик предохранителей вынуждает выбирать сечения плавких вставок с запасом во избежание перегорания их при номинальных значениях токов. Благодаря этому перегорание плавких вставок может происходить при значениях токов перегрузки, во много раз превышающих номинальные значения токов плавкой вставки. Вследствие этого предохранители не могут обеспечить надежную защиту элементов электрического оборудования при относительно небольших перегрузках, что является их недостатком. Селективность защиты обеспечивается предохранителями при последовательной установке их с разницей на две-три ступени шкалы номинальных токов плавких вставок.

Предельной разрывной способностью предохранителя при данном напряжении называется наибольшее значение тока короткого замыкания сети, при котором гарантируется надежность работы предохранителя. Чем выше разрывная способность, тем лучше качество предохранителей и тем при больших мощностях электроэнергетических установок они могут применяться.

Разрывная способность предохранителя зависит от быстроты гашения дуги при перегорании плавкой вставки, и при прочих равных условиях она тем больше, чем ниже лежит время-токовая характеристика предохранителя.

7. Контактные реле

Контактным реле называется электрический аппарат автоматического действия, срабатывающий при определенных импульсах, на которые он предназначен реагировать, и воздействующий при этом своими контактами на электрические цепи.

Уставкой реле называется значение импульса, при котором реле срабатывает (т. е, замыкает или размыкает свои контакты).

Контактные по принципу действия можно разбить на три группы: электромагнитные, индукционные и тепловые.