Аппараты низкого напряжения общие сведения. Электрические аппараты — назначение, классификация, применение. Аппараты защиты электрических сетей

Р А З Д Е Л 2

Работа 2

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ЗАЩИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

Цель работы

Изучить конструкцию, маркировку основных типов предохранителей с плавкой вставкой, применяемых для защиты электрических цепей и установок в сельскохозяйственном производстве.

Усвоить методику расчёта и выбора предохранителей.

Задание к работе

1. По методическим указаниям и набору предохранителей изучить конструкцию и маркировку плавких предохранителей.

2. По заданию преподавателя произвести расчёт плавкой вставки и выбрать тип предохранителя для электроустановки или распределительной сети.

Общие сведения

Предохранители – это коммутационные электротехнические изделия, используемые для защиты электрической сети от сверхтоков и токов короткого замыкания. Принцип действия предохранителей основан на разрушении специально предназначенных для этого токоведущих частей (плавких вставок) внутри самого устройства при протекании по ним тока, величина которого превышает определенное значение.

Плавкие вставки являются основным элементом любого предохранителя. После перегорания (отключения тока) они подлежат замене. Внутри плавкой вставки располагается плавкий элемент (именно он и перегорает), а также дугогасительное устройство. Плавкая вставка чаще всего изготавливается из фарфорового или фибрового корпуса и крепится в специальные токопроводящие части предохранителя. Если предохранитель предназначен на малые токи, то плавкая вставка для него может не иметь корпуса, т.е. быть бескорпусной. К основным характеристикам плавких ставок предохранителя можно отнести: номинальный ток, номинальное напряжение, отключающая способность.

Также к элементам предохранителя относятся:

– держатель плавкой вставки – съемный элемент, главное предназначение которого удерживать плавкую вставку;

– контакты плавкой вставки – часть предохранителя, которая обеспечивает электрическую связь между проводниками и контактами плавкой вставки;

– боек предохранителя – специальный элемент, задача которого при срабатывании предохранителя воздействовать на другие устройства и контакты самого предохранителя.

Все предохранители делятся на несколько десятков видов:

– по конструкции плавких вставок предохранители бывают разборные и неразборные. У разборных предохранителей можно заменять плавкую вставку после ее перегорания, у неразборных предохранителей это сделать не получится;

– по присутствию наполнителя. Бывают предохранители с наполнителем и без наполнителя;

– по конструкции изготовления плавких вставок. Различают предохранители с ножевыми, болтовыми и фланцевыми контактами;

– по корпусу плавкой вставки предохранители делятся на трубчатые и призматические. У первого вида предохранителей плавкая вставка имеет цилиндрическую форму, у второго вида – форму прямоугольного параллелепипеда;

– по виду плавких вставок в зависимости от диапазона токов отключения. Есть предохранители с отключающей способностью в полном диапазоне токов отключения – g и с отключающей способностью в части диапазона токов отключения – а;

– по быстродействию. Есть предохранители небыстродействующие (используются в большинстве случаев в трансформаторах, кабелях, электрических машинах) и быстродействующие (применяются в полупроводниковых приборах);

– по конструкции основания предохранители могут быть с калибровочным основанием (в таких предохранителях не удастся установить плавкую вставку, предназначенную для работы с большим, чем сам предохранитель, номинальным током) и с некалиброванным основанием (в такие предохранители можно установить плавкую вставку, номинальный ток которой больше номинального тока самого предохранителя);

– по напряжению предохранители делятся на низковольтные и высоковольтные;

– по количеству полюсов. Бывают одно-, двух-, трехполюсные предохранители;

– по наличию и отсутствию свободных контактов. Есть предохранители со свободными контактами и без них;

– по присутствию бойка и указателя срабатывания предохранители бывают – без бойка и без указателя, с указателем без бойка, с бойком без указателя, с указателем и бойком;

– по способу крепления проводников предохранители делятся на – с передним присоединением, с задним, с универсальным (и задним, и передним);

– по способу монтажа. Есть предохранители на собственном основании и без него.

Исторически сложилось так, что механическое исполнение корпусов предохранителей и их габаритные и присоединительные размеры различны в разных странах. Существуют четыре основных национальных стандарта на присоединительные размеры предохранителей: североамериканский, немецкий, британский и французский. Есть также ряд корпусов предохранителей, одинаковых для разных стран и не относящихся к национальным стандартам. Чаще всего такие корпуса относятся к стандартам фирмы – производителя, разработавшей конкретный тип прибора, который оказался удачным и закрепился на рынке. В последние десятилетия, в рамках процессов глобализации экономики, производители постепенно присоединяются к международной системе стандартов корпусов предохранителей для упрощения условий взаимозаменяемости приборов. При выборе следует стараться использовать предохранители международных стандартов: IEC 60127, IEC 60269, IEC 60282, IEC 60470, IEC60549, IEC 60644.

Необходимо отметить, что по виду плавких вставок в зависимости от диапазона токов отключения и быстродействия предохранители разделены на классы использования. При этом первая буква указывает функциональный класс, а вторая – подлежащий защите объект:

1-я буква:

a – защита с отключающей способностью в части диапазона (accompanied fuses): плавкие вставки предохранителей способные как минимум длительно пропускать токи, не превышающие указанного для них расчетного тока, и отключать токи определенной кратности относительно расчетного тока вплоть до расчетной отключающей способности;

g – защита с отключающей способностью во всем диапазоне (general purpose fuses): плавкие вставки предохранителей способные как минимум длительно пропускать токи, не превышающие указанного для них расчетного тока, и отключать токи от минимального тока выплавления и до расчетной отключающей способности.

2-я буква:

G – защита кабелей и проводов;

M – защита коммутационных аппаратов/двигателей;

R – защита полупроводников/тиристоров;

L – защита кабелей и проводов (в соответствии со старой, уже не действующей нормой DIN VDE);

Tr – защита трансформаторов.

Общий вид времятоковых характеристик плавких предохранителей основных категорий использования приведен на рис. 2.1.

Плавкие вставки со следующими классами использования обеспечивают:

gG (DIN VDE/МЭК) – защита кабелей и проводов во всем диапазоне;

aM (DIN VDE/МЭК) – защита коммутационных аппаратов в части диапазона;

aR (DIN VDE/МЭК) – защита полупроводников в части диапазона;

gR (DIN VDE/МЭК) – защита полупроводников во всем диапазоне;

gS (DIN VDE/МЭК) – защита полупроводников, а также кабелей и линий во всем диапазоне.

Предохранители с отключающей способностью во всем диапазоне (gG, gR, gS) надежно отключают как при токах КЗ, так и при перегрузках.

Предохранители с отключающей способностью в части диапазона (aM, aR) служат исключительно для защиты от короткого замыкания.

Для защиты установок на напряжение до 1000 В используют электрические, трубчатые и открытые (пластинчатые) предохранители.

Электрический предохранитель состоит из фарфорового корпуса и пробки с плавкой вставкой. Питающую линию присоединяют к контакту предохранителя, отходящую – к винтовой резьбе. При коротком замыкании или перегрузке плавкая вставка перегорает, и ток в цепи прекращается. Применяют следующие типы электрических предохранителей: Ц-14 на ток до 10 А и напряжение 250 В с прямоугольным основанием; Ц-27 на ток до 20 А и напряжением 500 В с прямоугольным или квадратным основанием и Ц-33 на ток до 60 А и напряжение 500 В с прямоугольным или квадратным основанием.

Например: электрические предохранители резьбовые серии ПРС предназначены для защиты от перегрузок и коротких замыканий электрооборудования и сетей. Номинальное напряжение предохранителей 380 В переменного тока частотой 50 или 60 Гц. Конструктивно предохранители ПРС (рис. 2.2) состоят из корпуса, плавкой вставки ПВД, головки, основания, крышки, центрального контакта.

Предохранители ПРС выпускаются на номинальные токи плавкой вставки от 6 до 100 А. В обозначении предохранителя указывается, какого он присоединения: ПРС-6-П – предохранитель на 6 А, переднего присоединения проводов; ПРС-6-З – предохранитель на 6А, заднего присоединения проводов.

Предохранители цилиндрические ПЦУ-6 и ПЦУ-20 с резьбовым цоколем Ц-27 и плавкими вставками на токи 1, 2, 4, 6, 10, 15, 20 ампер выпускаются в пластмассовом корпусе. Предохранители ПД имеют основание из фарфора, а ПДС – материал основания – стеатит. В бытовых условиях применяют автоматические пробочные предохранители, где защищаемая цепь восстанавливается кнопкой.

Трубчатые предохранители выпускают следующих типов: ПР-2, НПН и ПН-2. Предохранители ПР-2 (предохранитель разборный) предназначены для установки в сетях напряжением до 500 В и на токи 15, 60, 100, 200, 400, 600 и 1000 А.

В патроне предохранителя ПР-2 (рис. 2.3) плавкая вставка 5, прикрепляемая винтами 6 к контактным ножам 1, помещена в фибровую трубку 4, на которую насажены втулки 3 с резьбой. На них навинчены латунные колпачки 2, закрепляющие контактные ножи, которые входят в неподвижные пружинящие контакты, устанавливаемые на изоляционной плите.

Под действием электрической дуги, возникающей при перегорании предохранителя, внутренняя поверхность фибровой трубки разлагается и образуются газы, способствующие быстрому гашению дуги.

К закрытым предохранителям с мелкозернистным наполнителем относятся предохранители типа НПН, НПР, ПН2, ПН-Р, КП. У предохранителей типа НПН (наполненный предохранитель неразборный) трубка стеклянная. У остальных трубки фарфоровые. Предохранители типа НПН имеют цилиндрическую форму, ПН – прямоугольную.

Комплект предохранителя НПН состоит из: плавкой вставки – 1 шт; контакт-основания – 2 шт.

Предохранители НПН изготовляют на напряжение до 500В и токи от 15 до 60 А, предохранители ПН2 (предохранитель насыпной разборный) – на напряжение до 500 В и токи от 10 до 600 А. В насыпных предохранителях плавкие вставки, выполненные из нескольких параллельных медных или посеребренных проволок, помещены в закрытый фарфоровый патрон, заполненный кварцевым песком. Кварцевый песок способствует интенсивному охлаждению и деионизации газов, появляющихся при горении дуги. Так как трубки закрыты, то брызги расплавленного металла плавких вставок и ионизированные газы не выбрасываются наружу. Это уменьшает пожарную опасность и повышает безопасность обслуживания предохранителей. Предохранители с наполнителем так же, как и предохранители типа ПР, – токоограничивающие.

Пластинчатые открытые предохранители состоят из медных или латунных пластин – наконечников, в которые впаяны медные калиброванные проволоки. Наконечники с помощью болтов присоединяют к контактам на изоляторах.

Предохранители типа НПР – патрон закрытый разборный (фарфоровый) с наполнителем из кварцевого песка на номинальные токи до 400 А.

Предохранители ПД (ПДС) - 1, 2, 3, 4, 5 – с наполнителем для установки непосредственно на токоведущие шины на токи от 10 до 600 А.

Для защиты силовых вентилей полупроводниковых преобразователей средней и большой мощности при внешних и внутренних коротких замыканиях широко применяются быстродействующие плавкие предохранители, которые являются самыми дешёвыми средствами защиты. Они состоят из контактных ножей и плавкой вставки из серебряной фольги, помещенных в закрытый фарфоровый патрон.

Плавкая вставка таких предохранителей имеет узкие калиброванные перешейки, которые снабжены радиаторами из хорошо проводящего тепло керамического материала, посредством которых тепло отводится к корпусу предохранителя. Эти радиаторы служат также дугогасительными камерами с узкой щелью, что значительно улучшает гашение дуги, возникающей в области перешейка. Параллельно плавкой вставке установлен сигнальный патрон, блинкер которого сигнализирует о расплавлении плавкой вставки и, воздействуя на микровыключатель, замыкает сигнальные контакты.

Длительное время промышленностью выпускались два типа быстродействующих плавких предохранителей, предназначенных для защиты от токов короткого замыкания преобразователей с силовыми полупроводниковыми вентилями:

1) предохранители типа ПНБ-5 (рис. 2.4, а) для работы в цепях с номинальным напряжением до 660 В постоянного и переменного тока на номинальные токи 40, 63, 100, 160, 250, 315, 400, 500 и 630 А;

2) предохранители типа ПБВ для работы в цепях переменного тока с частотой 50 Гц номинальным напряжением 380 В на номинальные токи от 63 до 630 А.

гальваническим покрытием (высокая токопроводность и долговечность).

Корпус предохранителя сделан из высокопрочного ультрафарфора. Конструкция предохранителя позволяет применять дополнительные устройства – указатель срабатывания, свободный контакт.

Структура условного обозначения предохранителей ПНБ7-400/100-Х1-Х2:

ПНБ-7 – обозначение серии;

400 – номинальное напряжение, В;

100 – номинальный ток;

Х1 – условное обозначение вида монтажа и вида присоединения проводников к выводам: 2 – на собственном изоляционном основании с контактами основания; 5 – на основаниях комплектных устройств с контактами основания; 8 – без основания, без контактов (плавкая вставка);

Х2 – условное обозначение наличия указателя срабатывания: 0 – без сигнализации; 1 – с бойком и свободным контактом; 2 – с указателем срабатывания; 3 – с бойком.

Плавкие предохранители промышленного назначения серии ПП предназначены для защиты электрооборудования промышленных установок и электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий.

Выпускаются предохранители данной серии следующих основных типов: ПП17, ПП32, ПП57, ПП60С. Предохранители изготавливают с указателем срабатывания, с указателем срабатывания и свободным контактом или без сигнализации. В зависимости от типа предохранители рассчитаны на напряжение до 690 В и на номинальные токи от 20 А до 1000 А. Конструктивные особенности позволяют устанавливать свободные контакты замыкающие или размыкающие, а также способ монтажа – на собственном основании, на основании комплектных устройств, на проводниках комплектных устройств.

Структура обозначения предохранителей типа ПП17 и ПП32 – Х1Х2 – Х3 – Х4 – ХХХХ:

1) Х1Х2 – условное обозначение габарита (номинальный ток, А): 31 –100А; 35 – 250А; 37 – 400А; 39 – 630А.

2) Х3 – условное обозначение вида монтажа и вида присоединения: 2 – на собственном основании, 5 – на основании комплектных устройств, 7 – на проводниках комплектных устройств (болтовое присоединение), 8 – без основания (плавкая вставка), 9 – без основания (плавкая вставка в части размеров унифицирована с предохранителями ПН2-100 и ПН2-250).

3) Х4 – условное обозначение наличия указателя срабатывания, бойка, свободного контакта: 0 – без сигнализации, 1 – с бойком и свободным контактом, 2 – с указателем срабатывания, 3 – с бойком.

4) ХХХХ – климатическое исполнение: УХЛ, Т и категория размещения 2, 3.

В настоящее время полупроводниковые преобразователи оснащаются предохранителями серии ПП57 (рис. 2.5, а) и ПП60С (рис. 2.5, б).

Первые предназначенные для защиты преобразовательных агрегатов при внутренних коротких замыканиях переменного и постоянного тока при напряжениях 220 – 2000 В на токи 100, 250, 400, 630 и 800 А. Вторые – при внутренних коротких замыканиях переменного тока при напряжениях 690 В на токи 400, 630, 800 и 1000 А.

Структура обозначения предохранителей типа ПП57 – ABCD – EF:

Буквы ПП – предохранитель плавкий;

Двузначное число 57 – условный номер серии;

А – двузначное число – условное обозначение номинального тока предохранителя;

В – цифра – условное обозначение номинального напряжения предохранителя;

С – цифра – условное обозначение по способу монтажа и виду присоединения проводников к выводам предохранителя (например, 7 – на проводниках преобразовательного устройства – болтовое с уголковыми выводами);

D – цифра – условное обозначение наличия указателя срабатывания и контакта вспомогательной цепи: 0 – без указателя срабатывания, без контакта вспомогательной цепи; 1 – с указателем срабатывания, с контактом вспомогательной цепи; 2 – с указателем срабатывания, без контакта вспомогательной цепи;

Е – буква – условное обозначение климатического исполнения;

Пример условного обозначения предохранителя: ПП57-37971-УЗ.

Предохранители плавкие ППН предназначаются для защиты кабельных линий и промышленных электроустановок от токов перегрузки и короткого замыкания. Предохранители применяются в электрических сетях переменного тока частотой 50 Гц с напряжением до 660 В и устанавливаются в низковольтные комплектные устройства, например, в распределительные панели ЩО-70, вводно-распределительные устройства ВРУ1, шкафы распределительные силовые ШРС1 и т.п.

Преимущества предохранителей ППН: 1) корпус предохранителя и основание держателя изготовлены из керамики; 2) контакты предохранителя и держателя изготовлены из электротехнической меди; 3) корпус предохранителей засыпан мелкодисперсным кварцевым песком; 4) габаритные размеры предохранителей на ~15% меньше предохранителей ПН-2; 5) потери мощности на ~40% меньше, чем у предохранителей ПН-2; 6) наличие индикатора срабатывания; 7) предохранители монтируются и демонтируются с помощью универсального съемника.

Особенности конструкции предохранителей серии ППН приведены на рис. 2.6 .

Предохранители плавкие серии ППНИ (рис. 2.7) общего применения предназначены для защиты промышленных электроустановок и кабельных линий от перегрузки и короткого замыкания и выпускаются на номинальные токи от 2 до 630 А.

Используются в однофазных и трехфазных сетях напряжением до 660 В частоты 50 Гц. Области применения предохранителей ППНИ: вводно-распределительные устройства (ВРУ); шкафы и пункты распределительные (ШРС, ШР, ПР); оборудование трансформаторных подстанций (КСО, ЩО); шкафы низкого напряжения (ШР-НН); шкафы и ящики управления.

Вследствие использования качественных современных материалов и новой конструкции, в предохранителях ППНИ снижены потери мощности по сравнению с предохранителями ПН-2. Данные, представленные в табл. 2.1, показывают экономичность предохранителей ППНИ по сравнению с ПН-2.

Таблица 2.1

Пример выбора предохранителя

Для вентильной группы выпрямителя в шестипульсной мостовой схеме, чей расчетный постоянный ток составляет I d = 850 А, необходимо выбрать плавкие вставки для предохранителя в ответвлениях. Выбор предохранителя приведен для указанных выше четырех типичных видов нагрузки.

Параметры вентильной группы выпрямителя:

– напряжение питающей сети

U N = 3 АС 50 Гц 400 В,

– восстанавливающее напряжение

U W = 360 В = U N ·0,9 (при опрокидывании инвертора,

– тиристор Т 508N (фирмы Eupec)

интеграл предельной нагрузки ∫I²dt = 320·103 А2с (10 мс, холодный),

– предохранительные вставки с естественным охлаждением, температура окружающей среды tu = +35°С

– поперечное сечение присоединения для предохранительных вставок, медь: 160 мм 2 ,

– эффективное значение тока ответвления (рабочий ток предохранителя) I La = I d ·0,58.

Постоянный ток I d = 850 А

I eff =I La = I d ·0,58 = 493 А

Полный джоулевый интеграл

∫I²·tА = 360·103 · 0,53 = 191·103 А2с

В соответствии с номограммами, приведенными в , необходимо применить следующие поправочные коэффициенты:

k u = 1,02 (tu = +35°С),

Требуемый расчетный ток I Р предохранителя

I Р = I La ·(1/ k u · k q · k l · k i · k WL) = 493 ·(1/1,02·0,91·1,0·1,0·1,0) = 531 А

Проверка: 560 А > 531 А

Неизвестная переменная нагрузка с известным максимальным током I МАКС

I eff = I МАКС = 435 А

Полный джоулевый интеграл

∫I²·tА = 260·103 ··0,53 = 138·103 А2с

Контрольное поперечное сечение : 400 мм 2

k u = 1,02 (tu = +35°С),

k q = 0,91 (поперечное сечение присоединения с обеих сторон 40% от контрольного поперечного сечения),

k l = 1,0 (угол отсечки тока l=120°),

k i = 1,0 (интенсивное воздушное охлаждение отсутствует)

Требуемый расчетный ток IР предохранителя

I Р = ILa ·(1/ k u · k q · k l · k i · k WL) = 435 ·(1/1,02·0,91·1,0·1,0·1,0) = 469 А

Проверка: 560 А > 469 А

Переменная нагрузка с известным нагрузочным циклом.

Постоянный ток:

I d1 = 1200 А, t 1 = 20 с (рис. 2.14),

I d2 = 500 А, t 2 = 240 с,

I d3 = 1000 А, t 3 = 10 с,

I d4 = 0 А, t4 = 60 с.

Ток, протекающий через предохранитель:

I La1 = 1200 · 0,58 = 696 А (рис. 2.14),

I La2 = 500 · 0,58 = 290 А,

I La3 = 1000 · 0,58 = 580 А,

I La4 = 0 · 0,58 = 0 А.

Эффективное значение рабочего тока

Полный джоулевый интеграл

∫I²·tА = 175·103 ·0,53 = 93·103 А2с

Контрольное поперечное сечение : 320 мм 2

Применяем следующие поправочные коэффициенты:

k u = 1,02 (tu = +35°С),

k q = 0,94 (поперечное сечение присоединения с обеих сторон 50% от контрольного поперечного сечения),

k l = 1,0 (угол отсечки тока l=120°),

k i = 1,0 (интенсивное воздушное охлаждение отсутствует)

I Р = I eff ·(1/ k u · k q · k l · k i · k WL) = 317 ·(1/1,02·0,94·1,0·1,0·1,0) = 331 А

Проверка: 450 А > 331 А

I Р / = k u · k q · k l · k i · k WL · I Р =1,02·0,94·1,0·1,0·1,0·450 = 431 А

2. Проверка допустимой продолжительности перегрузки блоками тока, которые превышают допустимый рабочий ток предохранителя I Р / .

V = I eff / I Р / = 317/431= 0,74

Из кривой k RW1 = f (V) (рис. 11) определяем величину k RW1 для V = 0,74, имеем k RW1 = 0,2

Определяем сокращенную продолжительность допустимой нагрузки t SС для соответствующего блок тока по выражению:

t SС = k RW1 · t S , (2.15)

где t S – время плавления вставки для токов I La1 и I La3 , протекающих через предохранитель (из времятоковой характеристики для3NE3 333) .

Имеем: t S1 = 230 с, t S3 = 1200 с.

Тогда t S1С = k RW1 · t S1 = 0,2·230 = 46 с,

t S3С = k RW1 · t S3 = 0,2·1200 = 240 с

Проверка: t S1С = 46 с > t 1 = 20 с

t S3С = 240 с > t 3 = 10 с

Случайная ударная нагрузка из предварительной нагрузки с неизвестной последовательностью ударных импульсов

I eff = I vor , (2.16)

где I vor – ток предварительной нагрузки (рис. 2.15),

I Stoss – ток перегрузки,

t Stoss – продолжительность перегрузки (t Stoss = 8 с).

Постоянный ток: Ток, протекающий через предохранитель:

I dvor = 700 А I vor = I dvor · 0,58 = 406 А

I dStoss = 1750 А I Stoss = I dStoss · 0,58 = 1015 А

Периодичность и продолжительность ударных импульсов нагрузки должна удовлетворять следующим условиям – t pausa ³ 3· t Stoss и t pausa ³ 5 мин.

Полный джоулевый интеграл

∫I²·tА = 360·103 ·0,53 = 191·103 А2с

Контрольное поперечное сечение : 400 мм 2

Применяем следующие поправочные коэффициенты:

k u = 1,02 (t u = +35°С),

k q = 0,91 (поперечное сечение присоединения с обеих сторон 40% от контрольного поперечного сечения),

k l = 1,0 (угол отсечки тока l=120°),

k i = 1,0 (интенсивное воздушное охлаждение отсутствует)

1. Требуемый расчетный ток I Р предохранителя

I Р = I vor ·(1/ k u · k q · k l · k i · k WL) = 406 ·(1/1,02·0,91·1,0·1,0·1,0) = 437 А

Проверка: 450 А > 437 А

Допустимый рабочий ток I Р / выбранной предохранительной вставки:

I Р / = k u · k q · k l · k i · k WL · I Р =1,02·0,91·1,0·1,0·1,0·560 = 520 А

2. Проверка допустимой продолжительности перегрузки пиковым током I Stoss .

Предварительный коэффициент нагрузки:

V = I vor /I Р / = 406/520= 0,78

Из кривой k RW1 = f (V) (рис. 2.11) определяем величину k RW1 для V = 0,78, имеем k RW1 = 0,18

Определяем сокращенную продолжительность допустимой нагрузки t SС для ударного тока по выражению:

t SС = k RW1 · t S , (2.17)

где t S – время плавления вставки для ударного тока I Stoss = 1015 А, протекающих через предохранитель (из времятоковой характеристики для3NE3 333) .

Имеем: t S = 110 с.

Тогда t SС = k RW1 · tS = 0,18·110 = 19,8 с

Проверка: t SС = 19,8 с > t Stoss = 8 с

1. Наименование и цель работы.

2. Основные типы предохранителей, применяемые для защиты электроустановок и электрических цепей.

3. Расчёт и выбор предохранителя по индивидуальному заданию.

4. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. По каким конструктивным признакам различаются плавкие предохранители?

2. Дайте расшифровку обозначения плавких предохранителей.

3. Опишите конструкцию предохранителя ПР-2.

4. Опишите конструкцию предохранителя НПР.

5. Опишите конструкцию предохранителя ПНБ.

6. В чем отличие предохранителей ПН от ПНБ-7?

7. Область применения предохранителей ПП57 и ПП60С.

8. Область применения предохранителей ППНИ.

9. В чем отличие предохранителей ППНИ от ПН-2?

10. Как рассчитывают ток плавкой вставки для различной нагрузки?

11. Что такое селективность защиты?

12. Что такое времятоковая характеристика предохранителя?

13. Какие преимущества у предохранителей типа ППНИ перед другими типами предохранителей?

14. Как обеспечить селективность последовательно включенных плавких вставок?

15. Как проверяется соприкосновение контактов ножей предохранителя с губками стоек?

Библиографический список

1. Правила устройства электроустановок [Текст]: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. Новосибирск: Норматика, 2013. – 464 с., ил.

2. Монтаж электрооборудования и средств автоматизации: учебник для ВУЗов / И.Р. Владыкин, А.П. Коломиец, Н.П. Кондратьева, С.И. Юран. – М.: Изд-во ""КолосС"", 2007.

3. Сибикин Ю.Д. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок: Учеб. пособие для проф. учеб. заведений / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. – М.: Высш. шк., 2003.

4. Акимова Н.А. Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования: учеб. пособие / Н.А. Акимова, Н.Ф. Котеленец, Н.И. Сентюрихин; под ред. Н.Ф. Котеленца. – 3-е изд., стереотип. – М.: Академия, 2005

5. Костенко Е.М. Монтаж, техническое обслуживание и ремонт промышленного и бытового электрооборудования: практ. пособие для электромонтера / Е.М. Костенко. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2005.

6. EKF electrotechnica [Официальный сайт] Url: http://ekfgroup.com/produktsiya (дата обращения 01 сентября 2014 г.).

7. КЭАЗ – Курский электроаппаратный завод [Официальный сайт] Url: http://keaz.ru (дата обращения 01 сентября 2014 г.).

8. IEK – Интер электро комплект [Официальный сайт] Url: http://www.iek.ru (дата обращения 01 сентября 2014 г.).

9. Siemens – Электротехническая продукция [Официальный сайт] Url: http://electrosiemens.ru (дата обращения 01 сентября 2014 г.).

Р А З Д Е Л 2

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Электрическими аппаратами называются электротехнические устройства для управления потоками энергии и информации, режимами работы, контроля и защиты технических систем и их компонентов. Электрические аппараты в зависимости от элементной базы и принципа действия разделяются на электромеханические и статические.

К электромеханическим аппаратам относятся технические устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в механическую либо механическая энергия в электрическую.

Электромеханические аппараты применяются почти во всех автоматизированных системах. Некоторые системы полностью строятся на электромеханических аппаратах. Например, схемы автоматизации пуска, реверса и торможения в нерегулируемом электроприводе состоят в основном из таких электромеханических устройств, как реле и контакторы. Электромеханические аппараты применяются в качестве датчиков, усилителей, реле, исполнительных органов и т. д. Входные и выходные величины этих устройств могут быть как механическими, так и электрическими. Однако в них должно обязательно осуществляться взаимное преобразование механической энергии в электрическую и наоборот.

Статические аппараты выполняются на основе электронных компонентов (диодов, тиристоров, транзисторов и др.), а также управляемых электромагнитных устройств, в которых связь входа и выхода осуществляется через магнитное поле в ферромагнитном сердечнике. Примерами таких устройств могут служить обычный трансформатор из электротехнической стали и магнитный усилитель.

Основой функционирования большинства видов электрических аппаратов (автоматических выключателей, контакторов, реле, кнопок управления, тумблеров, переключателей, предохранителей и др.) являются процессы коммутации (включение и отключение) электрических цепей.

Другую многочисленную группу электрических аппаратов, предназначенных для управления режимами работы и защиты электромеханических систем и компонентов, составляют регуляторы и стабилизаторы параметров электрической энергии (тока, напряжения, мощности, частоты и др.). Электрические аппараты этой группы функционируют на основе непрерывного или импульсного изменения проводимости электрических цепей.

Рассмотрим некоторые виды электрических аппаратов.

Контактор – это электрический аппарат, предназначенный для коммутации силовых электрических цепей как при номинальных токах, так и при токах перегрузки.

Магнитный пускатель – это электрический аппарат, предназначенный для пуска, остановки, реверсирования и защиты электродвигателей. Его единственное отличие от контактора – наличие устройства защиты (обычно теплового реле) от тепловых перегрузок.

Бесперебойная работа асинхронных двигателей в значительной степени зависит от надежности пускателей. Поэтому к ним предъявляются высокие требования в отношении износостойкости, коммутационной способности, четкости срабатывания, надежности защиты двигателя от перегрузок, минимального потребления мощности.

В крановых механизмах широко применяются контроллеры, которые управляют двигателями малой и средней мощности, и командоконтроллеры (двигатели большой мощности).

Контроллер представляет собой аппарат, с помощью которого осуществляются необходимые переключения в цепях двигателей переменного и постоянного тока. Переключения осуществляются вручную поворотом маховика.

Командоконтроллер по принципу действия не отличается от контроллера, но имеет более легкую контактную систему, предназначенную для переключений в цепях управления.

Реле называется такой электрический аппарат, в котором при плавном изменении управляющей (входной) величины происходит скачкообразное изменение управляемой (выходной) величины.

В различных системах автоматизированного электропривода широкое распространение получили электромагнитные реле. Их используют в качестве датчиков тока и напряжения, датчиков времени, для передачи команд и размножения сигналов в электрических цепях. В качестве исполнительных устройств они применяются в датчиках технологических параметров различных машин и механизмов.

Магнитоуправляемый контакт (геркон) – это контакт, изменяющий состояние электрической цепи посредством механического замыкания или размыкания ее при воздействии управляющего магнитного поля на его элементы. Герконы обладают повышенным быстродействием, а также, вследствие, своих конструктивных особенностей, надежностью работы, поэтому они нашли широкое применение в автоматических системах. На их базе создают реле различного назначения, датчики, кнопки и т. п.

Исполнительное устройство – это устройство, осуществляющее перемещение исполнительного органа или силовое воздействие на этот орган в соответствии с заданными функциями и при подаче соответствующих сигналов на обмотки управления. Наиболее часто электромеханические исполнительные устройства применяются для преобразования электрического сигнала в перемещение подвижной части устройства. Примерами являются электромагнитные клапаны, электромагнитные муфты, электромагнитные защелки, задвижки и т. п.

Все элементы аппаратов имеют установленные графические изображения и названия, часть из которых приведена в табл.

Условные обозначения элементов аппаратов

Наименование	Обозначение
Выключатель кнопочный: с замыкающим контактом
с размыкающим контактом
Выключатель однополюсный
Контакт коммутационного устройства: замыкающий
размыкающий
переключающий
Контакт для коммутации сильноточной цепи: замыкающий
размыкающий
замыкающий дугогасительный
размыкающий дугогасительный
Контакт замыкающий с замедлителем, действующим при срабатывании
Реле электрическое с замыкающим, размыкающим и переключающим контактом

Положение контактов аппаратов, изображаемых на схемах управления, при отсутствии внешнего воздействия соответствует их нормальному состоянию. Контакты аппаратов подразделяют на замыкающие, размыкающие и переключающие. В схемах управления электроприводом различают силовые или главные цепи, по которым подается электрический ток к электродвигателям, а также вспомогательные, к которым относятся цепи управления, защиты и сигнализации.

Электроприводы насосов,

Вентиляторов, компрессоров

В современной технике большой класс составляют машины, предназначенные для подачи жидкостей и газов, которые подразделяются на насосы, вентиляторы и компрессоры. Основными параметрами, характеризующими работу таких машин, являются создаваемые ими подача (производительность), давление и напор, а также энергия, сообщаемая потоку их рабочими органами.

Обычно данные системы электропривода подразделяют на несколько групп:

1) Насосы, вентиляторы, компрессоры центробежного типа, статическая мощность на валу которых меняется пропорционально кубу скорости, если потерями холостого хода можно пренебречь и отсутствует противодавление, т. е. это механизмы с так называемой вентиляторной характеристикой. Это наиболее распространенная группа;

2) Различные насосы и компрессоры поршневого типа, мощность на валу которых изменяется по синусоидальному закону в зависимости от угла поворота кривошипа. У поршневых насосов одинарного действия подача осуществляется только при движении поршня вперед, при обратном ходе подача отсутствует;

3) Различные насосы и компрессоры поршневого типа двойного действия. Подача осуществляется при ходе поршня в обе стороны.

Регулируемый электропривод механизмов с вентиляторным моментом

В установках, требующих плавного и автоматического регулирования подачи, электропривод выполняют регулируемым .

Характеристики механизмов центробежного типа создают благоприятные условия работы регулируемого электропривода как в отношении статических нагрузок, так и требуемого диапазона регулирования скорости. Действительно, при уменьшении скорости, по крайней мере квадратично, снижается и момент сопротивления на валу двигателя. Это облегчает тепловой режим двигателя при работе на пониженной скорости. Из законов пропорциональности вытекает, что требуемый диапазон регулирования скорости при условии отсутствия статического напора не превышает заданный диапазон изменения подачи

Если статический напор не равен нулю, то для изменения подачи от нуля до номинального значения необходим диапазон регулирования скорости

где - напор, развиваемый механизмом при .

В среднем для регулируемых механизмов центробежного типа требуемый диапазон регулирования скорости обычно не превосходит 2:1. Отмеченные особенности данных механизмов и невысокие требования в отношении жесткости механических характеристик позволяют успешно применять для них простые схемы регулируемого асинхронного электропривода.

Для установок небольшой мощности (7…10 кВт) задача решается с помощью системы регулятор напряжения – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. В качестве регуляторов напряжения чаще всего используются тиристорные коммутаторы. Такие системы нашли применение в комплексах вентиляторного оборудования, предназначенных для обеспечения требуемого воздухообмена и создания необходимых температурных условий в животноводческих и птицеводческих помещениях в соответствии с зооветеринарными нормами.

В установках, где по условиям эксплуатации допустимо применение асинхронного двигателя с фазным ротором возможности регулируемого электропривода расширяются. Механические характеристики данного привода обеспечивают устойчивую работу в достаточно большом диапазоне скоростей при разомкнутой системе электропривода.

В ряде случаев применяется регулирование скорости механизмов с приводом их асинхронными или синхронными двигателями. При этом между двигателями и производственным механизмом устанавливается гидромуфта или асинхронная муфта скольжения, позволяющая изменять скорость производственного механизма, не изменяя скорости двигателя.

Для примера рассмотримэлектрическую схему автоматизации вентиляторной установки .

Схема управления асинхронным короткозамкнутым двигателем М вентилятора, расположенного в машинном зале и предназначенного для независимой вентиляции крупных электрических машин показана на рис. 4.13. Управление вентилятором осуществляется со щита с помощью ключа управления К1 , имеющего четыре контакта и рукоятку с самовозвратом. Ключ К2 служит для разрешения или запрещения включения вентилятора на месте установки, когда нет надобности в его работе.

Схема работает следующим образом. Ключ К2 устанавливается в положение Р (разрешено). Включается автомат В2 цепей управления и автомат В1 главных цепей (его контакт в цепи самоблокировки пускателя замыкается). Загорается зеленая лампа Л3 (двигатель отключен). Для пуска двигателя М ключ К1 переводится из нулевого положения 0 в пусковое П . при этом включается магнитный пускатель К , ставится на самопитание и главными контактами включает двигатели в сеть. Зеленая лампа ЛЗ гаснет, красная лампа ЛК загорается - двигатель включен.

Рукоятка ключа К1 отпускается, и ключ возвращается в нулевое положение, на котором контакт 2 ключа замыкается, а контакт 1 остается замкнутым.

В схеме предусмотрено опробование вентилятора на месте его установки с помощью кнопки КнО . Предусмотрена также блокировка (с помощью замыкающего блок-контакта К ), не позволяющая включать вентилируемую машину до пуска вентилятора. Защита при коротких замыканиях или перегрузке двигателя М осуществляется автоматом В1 с комбинированным расцепителем. А нулевая защита - пускателем К (новый пуск двигателя не возможен, пока рукоятка ключа К1 не будет поставлена в пусковое положение П ) . При отключении вентилятора в результате действия защиты включается предупредительный сигнал, так как контакты 3 и 4 ключа К1 при этом замкнуты. При ручном отключении вентилятора путем перевода, а затем отпускании рукоятки ключа К1 в положении С предупредительный сигнал не подается, поскольку разомкнут контакт 4 .

Основы электроснабжения

Электроснабжением называют генерирование, передачу и распределение электрической энергии между потребителями.

Генерирование электрической энергии создается электрическими станциями. Почти все промышленные электрические станции имеют конечным элементом синхронный генератор трехфазного синусоидального напряжения. С увеличением единичной мощности генератора повышается его КПД, поэтому современные станции имеют генераторы очень большой мощности.

Электрические станции можно классифицировать таким образом:

тепловые, гидравлические, атомные, ветровые электростанции, гелиоэлектростанции, геотермальные, приливные и т.д. более других распространены тепловые электростанции , которые сжигают уголь, торф, газ, нефть и др. на этих станциях вырабатывается электрическая энергия с КПД около 40 %. Тепловые станции загрязняют воздух вследствие неполного сжигания горючего и недостаточной фильтрации отработанных газов.

Гидравлические станции используют энергию водного потока. На таких станциях вырабатывается значительно более дешевая электрическая энергия. Гидроэлектростанция большой мощности имеет КПД, приближающийся к 90 %. Гидравлические станции нарушают водный баланс рек и также ухудшают экологию.

Атомные электростанции превращают энергию деления атомного ядра в электрическую энергию. КПД реактора атомной станции 25…35 %. В случае аварии на атомной станции возникает угроза радиационного загрязнения среды.

Эксплуатация любого источника электрической энергии может вызвать экологические нарушения. Поэтому в развитых странах уделяется большое внимание технологии выработки электрической энергии. Применяя современную технологию, некоторые страны безопасно вырабатывают свыше 60 % электроэнергии на атомных станциях.

Начинается применение ветровых и гелиоэлектрических станций. Небольшой мощности электроэнергию выдают геотермальная (на Камчатке) и приливная (на Кольском полуострове) станции.

Синхронные генераторы электрических станций индуцируют трехфазную синусоидальную ЭДС величиной 18 кВ. Для уменьшения потерь в линиях электропередач на повышающих подстанциях напряжение трансформируется до 110 и 330 кВ и подается в Единую Энергетическую Систему. Потери в линиях передач пропорциональны квадрату тока, поэтому электроэнергия транспортируется при повышенном напряжении и уменьшенном токе.

Линии электропередач бывают воздушные и кабельные. Воздушные линии электропередач (ЛЭП) значительно дешевле кабельных (подземных) и поэтому шире применяются. Линии электропередач соединяются с трансформаторами специальными высоковольтными коммутирующими устройствами.

Обычно промышленными предприятиями электрическая энергия потребляется с напряжением 380 В. Поэтому перед потребителем устанавливаются распределительные пункты и трансформаторные подстанции, понижающие напряжение до 6…10 кВ и 380…220 В.

Различают три основные схемы электроснабжения потребителей: радиальную, магистральную, смешанную.

Радиальная схема электроснабжения предусматривает применение трансформаторной подстанции для каждого потребителя. Это очень надежная схема электроснабжения, но требует большого количества подстанций.

Магистральная схема предусматривает лишь несколько подстанций, которые включаются в линию электропередачи. К каждой подстанции подключается много потребителей.

Смешанная схема предусматривает участки с радиальным и магистральным включением. Потребители подключаются дифференцированно. Такая схема применяется чаще.

Схема электроснабжения автономной энергетической единицы может быть довольно оригинальной. Особенности электроснабжения зависят от функциональных задач исполнительных механизмов, условий эксплуатации, особых требований, касающихся массы, габаритов, КПД электрических устройств и т.п.

Электроснабжение промышленных предприятий . Около двух третей всей электроэнергии потребляется промышленностью. Схема электроснабжения промышленных предприятий строится по ступенчатому принципу, число ступеней зависит от мощности предприятия и схемы размещения отдельных потребителей электроэнергии. На первой ступени напряжение энергосистемы подводится к главной подстанции, где оно от 110-220 кВ снижается до 10 -6 кВ. Сети второй ступени подводят это напряжение к цеховым трансформаторным подстанциям, где оно понижается до напряжения потребителей. Третью ступень составляют сети, распределяющие напряжение цеховой подстанции между отдельными потребителями.

На крупных предприятиях с большим потреблением электроэнергии питание потребителей может осуществляться при напряжении 660 В. Большинство предприятий используют трехфазные сети 380/ 220 В. В помещениях с повышенной опасностью допустимое напряжение питания потребителей не должно превышать 36 В. В особо опасных условиях (котлы, металлические резервуары) – 12 В.

По требуемой надежности питания потребители электрической энергии делят на три категории. К первой категории относятся такие потребители, перерыв в снабжении электроэнергией которых связан с опасностью для людей или влечет за собой большой материальный ущерб (доменные цехи, котельные производственного пара, подъемные и вентиляционные установки шахт, аварийное освещение и др.) они должны работать непрерывно. Для потребителей второй категории (самых много численных) допускаются перерывы в питании на ограниченное время. К потребителям третьей категории относятся вспомогательные цехи и другие объекты, для которых допускается перерыв в электроснабжении до одних суток.

Для повышения надежности энергоснабжения предусматривается питание потребителей от двух независимых сетей и автоматически включаемого резервного источника электроэнергии. Различают «горячий» и «холодный» резервные источники. «Горячий» резервный источник обеспечивает немедленное аварийное питание, его используют для безаварийной остановки потребителя.

Дальнейшее улучшение систем электроснабжения промышленных предприятий связано с повышением напряжения питания (с 220 до 380 В, с 6 до 10 кВ и т.д.) при максимально возможном приближении высокого напряжения к потребителям (глубокий ввод) и уменьшении числа ступеней трансформации.

Провода и кабели . Для прокладки воздушных линий используют различные виды голых проводов. Стальные однопроволочные провода изготовляют диаметром не более 5 мм. Наибольшее распространение находят многопроволочные провода, которые имеют высокую прочность и гибкость. Их производят из одинаковых проволок, число которых может достигать 37. диаметр проволок и их число подбирают таким образом, чтобы обеспечить наибольшую плотность упаковки проволок в проводе. Обычно 6, 11, 18 проволок располагают вокруг одной центральной и слабо закручивают. Многопроволочные провода бывают стальными, алюминиевыми, стальалюминиевые и из биметаллических проволок. В стальалюминиевых проводах часть проволок – стальная, часть – алюминиевая. Этим обеспечивается механическая прочность при повышенной электропроводности. Биметалличнские проволоки изготовляют электролитическим способом: стальную жилу покрывают слоем меди или алюминия.

Для электропроводки внутри помещений, как правило, используют изолированные провода из меди или алюминия. Изолированные однопроволочные провода имеют большую жесткость и площадь поперечного сечения не выше 10 мм 2 .

Многопроволочные провода производят из луженых медных или алюминиевых жил. Они удобны при монтаже и эксплуатации.

Для прокладки скрытых безопорных линий, а также для канализации электроэнергии, подводимой к подвижным объектам, служат электрические кабели. В кабеле провода двух или трехфазной линии заключены в прочную герметичную многослойную оболочку, что повышает надежность линий электропередачи. Кабели можно прокладывать под землей и под водой. Подземные кабели – основное средство канализации электроэнергии в крупных городах. Недостаток кабельных линий – их высокая стоимость.

Основы электробезопасности

Электрический аппарат – это устройство, управляющее электропотребителями и источниками питания, а также использующее электрическую энергию для управления неэлектрическими процессами.

Электрические аппараты общепромышленного назначения, электробытовые аппараты и устройства выпускаются напряжением до 1 кВ, высоковольтные – свыше 1 кВ. До 1 кВ делятся на аппараты ручного, дистанционного управления, аппараты защиты и датчики.

Электрические аппараты классифицируются по ряду признаков:

1. по назначению, т. е. основной функции выполняемой аппаратом,

2. по принципу действия,

3. по характеру работы

4. роду тока

5. величине тока

6. величине напряжения (до 1 кВ и свыше)

7. исполнению

8. степени защиты (IP)

9. по конструкции

Особенности и области применения электрических аппаратов

Классификация электрических аппаратов в зависимости от назначения:

1. Аппараты управления , предназначены для пуска, реверсирования, торможения, регулирования скорости вращения, напряжения, тока электрических машин, станков, механизмов или для пуска и регулирования параметров других потребителей электроэнергии в системах электроснабжения. Основная функция этих аппаратов это управление электроприводами и другими потребителями электрической энергии. Особенности: частое включение, отключение до 3600 раз в час т.е. 1 раз в секунду.

К ним относятся электрические аппараты ручного управления - , контролеры и командокотролеры, реостаты и др., и электрические аппараты дистанционного управления - , контакторы и т. д.

2. Аппараты защиты , используются для коммутации электрических цепей, защиты электрооборудования и электрических сетей от сверхтоков, т. е. токов перегрузки, пиковых токов, токов короткого замыкания.

К ним относятся , и др.

3. Контролирующие аппараты , предназначены для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. К этой группе относятся датчики. Эти аппараты преобразуют электрические или неэлектрические величины в электрические и выдают информацию в виде электрических сигналов. Основная функция этих аппаратов заключается в контроле за заданными электрическими и неэлектрическими параметрами.

К ним относятся датчики тока, давления, температуры, положения, уровня, фотодатчики, а также реле, реализующие функции датчиков, например , напряжения, тока.

Классификация электрических аппаратов по принципу действия

По принципу действия электроаппараты разделяются в зависимости от характера воздействующего на них импульса. Исходя из тех физических явлений, на которых основано действие аппаратов, наиболее распространенными являются следующие категории:

1. Коммутационные электрические аппараты для замыкания и размыкания электрических цепей при помощи контактов, соединенных между собой для обеспечения перехода тока из одного контакта в другой или удаленных друг от друга для разрыва электрической цепи (рубильники, переключатели, …)

2. Электромагнитные электрические аппараты , действие которых зависит от электромагнитных усилий, возникающих при работе аппарата (контакторы, реле, …).

3. Индукционные электрические аппараты , действие которых основано на взаимодействии тока и магнитного поля ().

4. Катушки индуктивности (реакторы, дроссели насыщения).

Классификация электрических аппаратов по характеру работы

По характеру работы электрические аппараты различают в зависимости от режима той цепи, в которой они установлены:

1. Аппараты, работающие длительно,

2. предназначенные для кратковременного режима работы,

3. работающие в условиях повторно-кратковременной нагрузки.

Классификация электрических аппаратов по роду тока

По роду тока: постоянного и переменного.

Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам

Особенно многообразны конструктивные разновидности современных аппаратов, в связи с этим различны и требования, предъявляемые к ним. Однако существуют и некоторые общие требования вне зависимости от назначения, применения или конструкции аппаратов. Они зависят от назначения, условий эксплуатации, необходимой надежности аппаратов.

Изоляция электрического аппарата должна быть рассчитана в зависимости от условий возможных перенапряжений, которые могут возникнуть в процессе работы электрической установки.

Аппараты, предназначенные для частого включения и отключения номинального тока нагрузки, должны иметь высокую механическую и электрическую износоустойчивость, а температура токоведущих элементов не должна превышать допустимых значений.

При коротких замыканиях токоведущая часть аппарата подвергается значительным термическим и динамическим нагрузкам, которые вызваны большим током. Эти экстремальные нагрузки не должны препятствовать дальнейшей нормальной работе аппарата.

Электрические аппараты в схемах современных электротехнических устройств должны обладать высокой чувствительностью, быстродействием, универсальностью.

Общим требованием по всем видам аппаратов является простота их устройства и обслуживания, а также их экономичность (малогабаритность, наименьший вес аппарата, минимальное количество дорогостоящих материалов для изготовления отдельных частей).

Режимы работы электротехнических устройств

Номинальный режим работы - это такой режим, когда элемент электрической цепи работает при значениях тока, напряжениях, мощности указанных в техническом паспорте, что соответствует наивыгоднейшим условиям работы с точки зрения экономичности и надежности (долговечности).

Нормальный режим работы - режим, когда аппарат эксплуатируется при параметрах режима незначительно отличающихся от номинального.

Аварийный режим работы - это такой режим, когда параметры тока, напряжения, мощности превышают номинальный в два и более раз. В этом случае объект должен быть отключен. К аварийным режимам относят прохождение токов короткого замыкания, тока перегрузки, понижение напряжения в сети.

Надежность – безотказная работа аппарата за все время его эксплуатации.

Свойство электрического аппарата выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания и ремонтов, хранения и транспортирования.

Исполнение электрических аппаратов по степени защиты

Определяется ГОСТ 14254-80. В соответствии с ГОСТ устанавливается 7 степеней от 0 до 6 от попадания внутрь твердых тел и от 0 до 8 от проникновения жидкости.

Обозначение степеней защиты	Защита от проникновения твердых тел и соприкосновения персонала с токоведущими и вращающимися частями.	Защита от проникновения воды.
	Специальная защита отсутствует.
	Большого участка человеческого тела, например, руки и твердых тел размером более 50 мм.	Капель, падающих вертикально.
	Пальцев или предметов длиной не более 80 мм и твердых тел размером более 12 мм.	Капель при наклоне оболочки до 15 0 в любом направлении относительно нормального положения.
	Инструмента, проволоки и твердых тел диаметром более 2,5 мм.	Дождь, падающий на оболочку под углом 60 0 от вертикали.
	Проволоки, твердых тел размером более 1 мм.	Брызг, падающих на оболочку в любом направлении.
	Пыли в количестве недостаточном для нарушения работы изделия.	Струй, выбрасываемых в любом направлении.
	Защита от пыли полная (пыленепроницаемые).	Волн (вода при волнении не должна попасть внутрь).
		При погружении в воду на короткое время.
		При длительном погружении в воду.

Для обозначения степени защиты используется аббревиатура «IP». Например: IP54.

Применительно к электрическим аппаратам существуют следующие виды исполнения:

1. Защищенные IP21, IP22 (не ниже).

2. Брызгозащищенные, каплезащищенные IP23, IP24

3. Водозащищеные IP55, IP56

4. Пылезащищеные IP65, IP66

5. Закрытое IP44 – IP54, у этих аппаратов внутренние пространство изолированно от внешней среды

6. Герметичное IP67, IP68. Эти аппараты выполнены с особо плотной изоляцией от окружающей среды.

Климатическое исполнение электрических аппаратов определяется ГОСТ 15150-69. В соответствии с климатическими условиями обозначается следующими буквами: У (N) – умеренный климат, ХЛ (NF) – холодный климат, ТВ (TH) – тропический влажный климат, ТС (ТА) – тропический сухой климат, О (U) – все климатические районы, на суше, реках и озерах, М – умеренный морской климат, ОМ – все районы моря, В – все макроклиматические районы на суше и на море.

1. На открытом воздухе,

2. Помещения, где колебания температуры и влажности не существенно отличаются от колебаний на открытом воздухе,

3. Закрытые помещения с естественной вентиляцией без искусственного регулирования климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь),

4. Помещения с искусственным регулированием климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь), наружного воздуха,

5. Помещения с повышенной влажностью (длительное наличие воды или конденсированной влаги)

Выбор электрических аппаратов

Выбор электрических аппаратов представляет собой задачу, при решении которой должны учитываться:

• коммутируемые электрическим аппаратом токи, напряжения и мощности;
• параметры и характер нагрузки - активная, индуктивная, емкостная, низкого или высокого сопротивления и др.;
• число коммутируемых цепей;
• напряжения и токи цепей управления;
• напряжение катушки электрического аппарата ;
• режим работы аппарата - кратковременный, длительный, повторно-кратковременный;
• условия работы аппарата - температура, влажность, давление, наличие вибрации и др.;
• способы крепления аппарата;
• экономические и массогабаритные показатели;
• удобство сопряжения и электромагнитная совместимость с другими устройствами и аппаратами;
• стойкость к электрическим, механическим и термическим перегрузкам;
• климатическое исполнение и категория размещения;
• степени зашиты IP,
• требования техники безопасности;
• высота над уровнем моря;

условия эксплуатации.

Раздел 2. Электрические аппараты низкого напряжения

Тема 2.1 Электрические аппараты ручного управления

1.Рубильники-назначение, устройство, особенности работы и конструкции, применение

2. Командоаппараты- классификация, назначение, устройство, особенности работы и конструкции, применение.

3.Резисторы и реостаты- назначение, устройство, особенности работы и конструкции, применение

Выбор рубильников, пакетных переключателей

Вопрос 1.Рубильники

Рубильник – простейший аппарат ручного управления, который используется для коммутации электрических цепей при напряжении до 660 В переменного тока и 440 В постоянного тока и токах от 25 до 10000 А.

Условное обозначение рубильника на электрических схемах : -однополюсный

Трехполюсный

Рубильники рассчитаны для коммутации цепей и предназначены для создания видимого разрыва электрических цепей. Механический ресурс рубильников до 10000 операций.

Рубильники выполняются одно-, двух- и трехполюсными. Основными элементами их являются: неподвижные врубные контакты, подвижные контакты, закрепленные шарнирно в других неподвижных контактах. Монтируются рубильники на изоляционных деталях, плитах, каркасах. Конструкция рубильника может выполняться для присоединения проводов сзади или спереди.

Гашение дуги постоянного тока при малых токах до 75 А происходит за счет ее механического растягивания расходящимися ножами. При больших токах гашение осуществляется в основном за счет перемещения дуги под действием электродинамических сил контура тока (детали рубильника и др).

При монтаже рубильников в распределительных ящиках или закрытых РУ малого объема весьма актуальным становится ограничение размеров дуги. Необходимо чтобы оставшиеся после погасания дуги ионизированные газы не вызывали перекрытия на корпус или между токоведущими частями. В таких случаях рубильники снабжаются различного рода дугогасительными камерами.

Рис.2.1.Рубильник двухполюсный перекидной

Структурное обозначение рубильника:

Задание 1. а). Перечислите позиции рубильника на рисунке 2.2.

Вопрос 2. Командоаппараты

Кнопочные выключатели(кнопки) –электрические аппараты ручного управления, предназначенные для подачи оператором управляющего воздействия при управлении различными электромагнитными аппаратами (реле, пускателями, контакторами и др.), а также для коммутирования цепей управления, сигнализации, электрической блокировки цепей постоянного и переменного тока. Состоят из корпуса или основания, кнопок, замыкающего и размыкающего контактов. Несколько кнопок, установленных на общей панели или в общем корпусе называется кнопочным постом.

Кнопка СТОП , Кнопка ПУСК

Пример условного обозначения кнопочного поста КЕ

КЕ XXX ХХХХ:

КЕ - обозначение серии;

XX - исполнение по виду управляющего элемента и наличию специальных устройств: от 0,1 до 21;

X - количество контактных элементов: 1-1 или 2; 2 - 3 или 4;

XXX - климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69: У, ХЛ, Т - для выключателей Каменец-Подольского элекромеханического завода; У, В - для выключателей завода пускорегулирующей аппаратуры "Реостат";

Устройство кнопочных выключателей (Рис.2.3.)

Рис.2.3.Устройство и условное обозначение кнопочных выключателей

Кнопки имеют неподвижные контакты 1 , контактный мостик с подвижными контактами 2 , пружину 3 , для возврата мостика.

а - кнопка с замыкающими контактами ("пуск" );
б - кнопка с размыкающими контактами ("стоп" ).

Задание 2. а). Ответьте на вопрос: из каких материалов изготавливаются контакты кнопочных выключателей

Пакетные выключатели и переключатели (рис 2.4)– электрические аппараты ручного управления, предназначенный для коммутации цепей управления и сигнализации в схемах пуска реверса электродвигателей, а также электрических цепей переменного тока напряжением 380 В и постоянного тока напряжением 220 В небольшой мощности под нагрузкой.

Рис.2.4.Общий вид пакетного выключателя

Условное обозначение любого переключателя:

В основном переключатели представляют собой следующую конструкцию: на одном валу собираются идентичные по конструкции коммутирующие пакеты (контакты), удерживающиеся в собранном положении механизмом фиксации. Поворот рукоятки переключателя приводит во вращение вал, а вместе с ним и кулачки коммутирующих устройств, которые замыкают или размыкают контакты.

Коммутирующее устройство имеет одну или две контактные системы, электрически изолированные или соединенные перемычкой в зависимости от электрической схемы и состоит из корпуса, неподвижных контактов, контактных мостиков, толкателей, кулачков, пружин.

Универсальные переключатели.(Рис.25.) Переключатели можно раз­делить на две группы: с поворотными подвижными контактами серии МК и ПМО и кулачковые УП5300, ПКУ.

Универсальные переключатели в нормальном исполнении выпускаются серии УП5300; водозащищенные - серии УП5400; взрывозащищенные - серии УП5800. Их различают по количе­ству секций, а также по фиксированным положениям и углу по­ворота рукоятки, ее форме и другим признакам.

Рис.2.5.Общий вид универсальных переключателей

В переключателях может быть 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 сек­ций. В переключателях с количеством секций от 2 до 8 рукоятка фиксируется в каждом положении или используется рукоятка с самовозвратом в среднее положение.

Количество фиксированных положений и угол поворота ру­коятки обозначены соответствующей буквой в середине номенк­латурного обозначения переключателя. Буквы А, Б и В обозна­чают исполнение переключателя с самовозвратом в среднее поло­жение без фиксации. Причем буква А указывает на то, что рукоятка может поворачиваться на 45° вправо (по часовой стрел­ке) и влево (против часовой стрелки), Б - только 45° вправо, В - на 45° влево. Буквы Г, Д, Е и Ж обозначают, что исполнение переключателя с фиксацией в положениях через 90°. Причем бу­ква Г указывает на то, что рукоятка может поворачиваться впра­во на одно положение, Д - влево на одно положение, Е - на од­но положение влево и вправо, Ж - может находиться в левом или правом положении под углом 45° к середине (в среднем по­ложении рукоятка не фиксируется).

Буквы И, К, Л, М, Н, С, Ф, X показывают, что переключа­тель с фиксацией в положениях через 45°. Буква И указывает на то, что рукоятка может поворачиваться вправо на одно положе­ние, К - влево на одно положение, Л - вправо или влево на два положения, М - вправо или влево на три положения, Н - впра­во на восемь положений, С - вправо или влево на одно положе­ние, Ф - вправо на одно положение и влево на два положения, X - вправо на три положения и влево на два положения.

Рукоятка может иметь овальную и револьверную форму. Обычно переключатели, в которых до б секций включительно с круговым вращением (на восемь положений), имеют овальную рукоятку.

В обозначении каждого переключателя приведены сокра­щенное название, условный номер данной конструкции, номер, указывающий количество секций, тип фиксатора и номер диа­граммы переключателя по каталогу. Например, обозначение УП5314-Н20 расшифровывается так: У - - универсальный, П -переключатель, 5 - нерегулируемый командоаппарат, 3 - безре­ечная конструкция, 14 - количество секций, Н - тип фиксато­ра, 20 - номер диаграммы по каталогу.

Основной частью переключателя УП5300 являются стяну­тые шпильками рабочие секции. Через секции про­ходит валик, на одном конце которого находится пластмассовая рукоятка. Для закрепления переключателя на панели в его пе­редней стенке сделаны три выступа с отверстиями под установоч­ные винты. Коммутация электрических цепей осуществляется имеющимися контактами.

Малогабаритные переключатели предназначенные для установки на панелях щитов, могут быть использованы для дистанционного управления коммутаци­онными аппаратами, в цепях сигнализации, измерения и автома­тики переменного тока напряжением до 220 В и рассчитаны на номинальный ток 6 А.

Каждый переключатель имеет свою схему включения и диаграмму замыкания контактов.

Малогабаритные переключатели серии предназначены для установки на щитах управления. Они используются при дис­танционном управлении коммутационными аппаратами (реле, электромагнитными пускателями и контакторами) и в цепях сиг­нализации, измерения, автоматики при напряжении переменного и постоянного тока до 220 В. Контакты переключателей рассчи­таны на ток 3 А.

Переключатели состоят из 2, 4 и 6 контактных пакетов. Пакетные кулачковые универсальные переключатели ПКУ используют в схемах управления электродвигателями в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. Они рассчитаны на напряжение 220 В постоянного тока и 380 В пере­менного тока.

Переключатели серии ПКУ различают по способу установки и крепления, количеству пакетов, фиксированных положений и углу поворота рукоятки. Буквы и цифры, которые входят в обозначение пере­ключателя, например, ПКУ-3-12Л2020, означают: П-- переклю­чатель, К - кулачковый, У - уни­версальный, 3 - типоразмер, опре­деляемый током 10 А, 1 -- испол­нение по роду защиты (без защитной оболочки), 2 - исполнение по способу установки и крепления (установка за панелью щита с креплением за перед­нюю скобу с фронтальным кольцом), Л - фиксация положения через 45°, 2020 - номер схемы и диаграммы по каталогу.

Задание 2. б).Назовите позиции пакетного переключателя, изображенного на рисунке 2.6.

Рис.2.6.Пакетный переключатель

Тумблеры предназначены для ручной коммутации низковольтных электрических цепей малой мощности, не требующих частого переключения.

Рис. 2.7.Тумблер

Задание 2.в). Назовите приблизительные габаритные размеры тумблера.

Контроллер – коммутационное устройство, осуществляющее пуск и регулирование скорости электродвигателя. Многоцепный электрический аппарат с ручным или ножным приводом для непосредственной коммутации силовых цепей электродвигателей. По конструкции они подразделяются на кулачковые, барабанные, плоские и магнитные.

Контроллеры бывают трех типов: плоские, барабанные, кулачковые.

Плоские контроллеры могут выполняться на большее число ступеней по сравнению с барабанными и кулачковыми, но переключающая способность их меньше. Конструкция их выполняется по принципу переключающих устройств реостатов

Барабанные контроллеры применяются для управления двигателями мощностью до 75 КВт. Переключающая их способность невелика. Они допускают до 120-240 переключений в час.

Кулачковые контроллеры допускают до 600 переключений в час. Контактное устройство их работает аналогично контактному устройству контакторов, т.е. каждый коммутационный элемент имеет дугогасительную систему.

Задание 2. г). Назовите позиции контроллера рис.2.8.

Рис 2.8. Силовой контроллер

Рис.2.9. Виды резисторов

Резисторы на теплоемком каркасе выполняются в виде цилиндра или трубки из нагревостойкого материала (фарфор, шамот), на который намотана проволока с болшим удельным сопротивлением(константан, фехраль, чугун, сталь, нихром, ферронихром). Для улучшения теплоотдачи и предохранения проволоки от сползания резисторы покрываются сверху слоем эмали или стекла

Рамочные резисторы состоят из стальной пластины, на боковых ребрах которой укреплены фарфоровые или стеатитовые изоляторы, имеющие углубления, в которые укладывается проволока или лента сопротивления. Выводы ступеней выполняются в виде хомутиков или припаянных медных наконечников.

Резисторы чугунные литые и стальные штампованные выполняются зигзагообразной формы с ушками для крепления.

Реостат- это аппарат, состоящий из набора резисторов и устройства с помощью которого можно регулировать сопротивление включенных резисторов.

Условное графическое изображение реостата. Размеры прямоугольника 8х4.

В зависимости от назначения различают следующие виды реостатов :

Пусковые для пуска ЭД постоянного и переменного тока;

Пускорегулирующие для пуска и регулирования частоты вращения ЭД;

Реостаты возбуждения- для регулирования тока возбуждения в обмотках возбуждения электрических машин (рис.2.10.);

Рис.2.10. Конструктивная схема реостата возбуждения

Нагрузочные или баластные- для поглащения электроэнергии.

Задание 3. а) Попробуй, глядя на рисунок 2.11, выяснить для себя в какую сторону надо перемещать движок, чтобы:
а) увеличить сопротивление, включенное в цепь?
б) уменьшить сопротивление?

Рис.2.11

Задание 4. Проверка степени усвоения изученной информации по вопросам1,2,3

темы 2.1 «Электрические аппараты ручного управления»

а) назовите аппараты изображенные на рисунке 2.12.

Рис.2.12.

б)Перечислите элементы которые есть у всех коммутационных аппаратов ручного управления:

Таблица 2.1.Выбор рубильников, пакетных выключателей

Задание 5. Выбрать главный трехфазный рубильник, установленный в силовом щите с напряжением на входе 380 В. Мощность передаваемая цепью 20 кВт. Расчетное значение максимального тока к.з. равно 11,5 кА. Технические данные трехфазных рубильников представлены в таблице 2.2. Марку принятого рубильника расшифровать

Решение: 1.Определяем расчетное значение тока рубильника

2.Заполним таблицу 2.1 с учетом данных и таблицы 2.2. (продолжить самостоятельно)

Таблица 2.2.Технические данные рубильников

Тип рубильника	Р-25	РПС-1(с предохранителем, боковой смещенный)	РЦ-1(с центральной рукояткой)	РБ
Номинальное напряжение, В
Номинальный ток, А		100,250,400,630	100,250, 400	100,250,400
Электродинамическая стойкость, кА	2,8	20,20,30,32	1,2; 3,0; 4,8	1,5; 2,5; 4,5
Термическая стойкость, кА 2 · с
исполнение	однополюсные	трехполюсные	трехполюсные	трехполюсные
Механическая износостойкость		Не менее 2500 циклов ВО	Не менее 2500 циклов ВО	-

Задание 6. Тема «Аппараты ручного управления»

Выберите правильный ответ:

Задание на дом. Закончить выполнение заданий.

Вопрос 3.Контакторы

Рис.2.2.1.Разрез и схема фрикционной муфты

Принцип работы фрикционной муфты . Напряжение подается через контактные кольца на обмотку возбуждения, установленную на ведомом валу. Эта обмотка создает магнитный поток Ф, замыкающийся через якорь муфты. Возникающая электромагнитная сила перемещает якорь влево и через поверхности трения ведущая и ведомые части вала входят в зацепление. Когда снимается напряжение и исчезает магнитный поток, возвратная пружина перемещает якорь вправо и муфта выходит из зацепления. Поверхности трения (фрикционные диски) изготовляются из износоустойчивых материалов с большим коэффициентом трения. Могут использоваться обычные материалы: сталь по стали, сталь по чугуну, сталь по бронзе и др. Наиболее совершенными являются металлокерамические материалы (медь 68%, олово 8%, свинец 7%, графит 6%, кремний 4%, железо 7%).Равномерная смесь этих порошков прессуется под большим давлением и спекается при температуре 700-800 С. Легкоплавкие компоненты проникают в поры смеси и спаивают весь состав.

Обмотка возбуждения может питаться постоянным и переменным током. В случае питания переменным током в конструкции муфты есть отличия в части изготовления магнитопровода. Магнитопровод изготавливается из шихтованной электротехнической стали.

Ферропорошковые муфты представляют собой две концентрические стальные детали с обращенными друг к другу плоскими поверхностями, между которыми имеется небольшой воздушный зазор. Одна деталь жестко связана с ведущим валом, другая с ведомым валом привода. Если пространство между плоскими поверхностями заполнить очень мелким ферромагнитным порошком, то при наличии магнитного поля в воздушном зазоре частицы порошка образуют механические цепочки-связки, которые создадут силу сцепления одной детали с другой. В результате будет передаваться вращение от одной детали к другой. При снятии магнитного поля связки распадутся, механическая связь нарушится, система перестанет вращаться. Магнитное поле создается обмоткой с сердечником жестко закрепленном в пространстве. Магнитный поток сцепляется по магнитным материалам муфты (стальная деталь, кольцо, ферромагнитный порошок, ротор)

Для ферропорошковых муфт используют карбонильное, кремнистое, вихревое железо. Порошок получают путем разложения пентакарбонила железа (ферум (СО) 5 = ферум+5 СО). Ферромагнитный порошок применяется в равной смеси с разделителем-графитом, окисью цинка, тальком и др.Он предназначен для предохранения порошка от слипания, образования комочков.

В муфтах создаются специальные уплотнения для того чтобы порошок не выходил за пределя воздушных зазоров, и магнитные улавливатели, которые притягивают частицы порошка вышедшие из муфты.

В ферропорошковой муфте барабанного типа (рис. 2.2.2) ведущий вал 1 через немагнитные фланцы 2 соединен с ферфомагнитным цилиндром (барабаном) 3. Внутри цилиндра располагается электромагнит 4, связанный с ведомым валом 6. Обмотка 5 электромагнита питается через контактные кольца (на рисунке не показаны). Внутренняя полость 7 заполнена ферромагнитным порошком (чистое или карбонильное железо) с зернами размером от 4-6 до 20-50 мкм, смешанными с сухим (тальк, графит) или жидким (трансформаторное, кремнийорганические масла) наполнителем. При обесточенной обмотке и вращении ведущей части (барабана) электромагнит и ведомый вал остаются неподвижными, поскольку ферромагнитные зерна наполнителя свободно перемещаются относительно друг друга. Определенное трение между барабаном и электромагнитом существует, но оно относительно невелико.

Рис. 2.2.2. Электромагнитная ферропорошковая муфта барабанного типа

При подаче напряжения на электромагнит зерна ферромагнитного порошка теряют свободу перемещения под воздействием магнитного поля обмотки. Вязкость среды, находящейся в барабане, резко возрастает. Увеличивается сила трения между барабаном и электромагнитом. На ведомом валу появляется вращающий момент.
При определенном значении тока возбуждения ферромагнитный порошок и наполнитель полностью затвердевают. Барабан и электромагнит становятся жестко связанными. Можно рассматривать передаваемый момент как момент от силы трения, действующей между порошком и внутренней цилиндрической поверхностью барабана.

Благодаря тому, что зазор между барабаном и электромагнитом заполнен ферромагнитной смесью, его магнитная проводимость очень велика, что позволяет уменьшить необходимую МДС обмотки и увеличить коэффициент управления муфты, равный отношению передаваемой мощности к мощности управления (мощности электромагнита).

Ферропорошковые муфты целесообразно применять там, где требуются высокое быстродействе, большая частота включения и плавное регулирование скорости ведомого вала. Недостатком ферропорошковых муфт является меньшая передаваемая мощность при одинаковых габаритных размерах с муфтой трения.

Преимуществом порошковых муфт является их быстродействие, оно в 10 - 15 раз выше, чем у фрикционных электромагнитных муфт.

В гистерезесных муфтах (Рис 2.2.3)механические силы сцепления между ведущей и ведомой частью создаются за счет использования явления остаточного намагничивания магнитотвердых материалов. Магнитная система состоит из двух частей: одна связана с ведущим валом, другая с ведомым. Намагничивающая обмотка расположена на ведущем валу. Магнитный поток созданный обмоткой будет пересекать магнитные системы валов, причем его путь будет лежать по участкам с наименьшим магнитным сопротивлением, в результате этого гистерезисные магнитные диски ведомого вала будут притягиваться к зубцам сердечника ведущего вала (принцип работы напоминает принцип действия АД, только на роторе отсутствует обмотка)

Рис.2.2.3.Общий вид гистерезисной муфты

Электромагнитные тормозные устройства – электромагнитные аппараты дистанционного управления, предназначенные для фиксации положения механизма при отключенном электродвигателе. Подразделяются на колодочные, дисковые и ленточные.

Задание 2.а) Составьте логическую цепочку принципа работы фрикционной муфты.

Задание 2.б) Попытайтесь назвать элементы муфты, изображенной на рисунке 2.2.4.

Рис.2.2.4.

Задание 2.в)Закончите предложения:

Муфта-это..

Электромагнитная муфта это…

Ферромагнитный порошок-это…

Достоинства порошковых муфт…

Принцип действия гистерезесной муфты основан на …

Глоссарий

Закон электромагнитной индукции : пересечение проводника магнитным полем вызывает наведение эдс в проводнике.

Закон электромагнитной силы: взаимодействие тока в проводнике с магнитным полем вызывает создание электромагнитной силы, действующей на этот проводник.

Гистерезис- запаздывание изменения физической величины, характеризующей состояние намагниченности вещества, в частности стали

Характеристики реле

Основные характеристики реле определяются зависимостями между параметрами выходной и входной величины.

Различают следующие основные характеристики реле.

1. Величина срабатывания Хср реле – значение параметра входной величины, при которой реле включается. Величина срабатывания, на которую отрегулировано реле, называется уставкой .

2. Мощность срабатывания Рср реле – минимальная мощность, которую необходимо подвести к воспринимающему органу для перевода его из состояния покоя в рабочее состояние.

3. Управляемая мощность Рупр – мощность, которой управляют коммутирующие органы реле в процессе переключении. По мощности управления различают реле цепей малой мощности (до 25 Вт), реле цепей средней мощности (до 100 Вт) и реле цепей повышенной мощности (свыше 100 Вт), которые относятся к силовым реле и называются контакторами.

4. Время срабатывания tср реле – промежуток времени от подачи на вход реле сигнала Хср до начала воздействия на управляемую цепь. По времени срабатывания различают нормальные, быстродействующие, замедленные реле и реле времени. Обычно для нормальных реле tср = 50…150 мс, для быстродействующих реле tср 1 с.

Задание 3 : а) Составьте классификацию реле

Рис.2.2.5

Воспринимающая часть состоит из электромагнита 1, представляющего собой катушку, надетую на стальной сердечник, якоря 2 и пружины 3.

Исполнительная часть состоит из неподвижных контактов 4, подвижной контактной пластины 5, посредством которой воспринимающая часть реле воздействует на исполнительную, и контактов 6.

Рис.2.2.6

Рис.2.2.7.

Вопрос 3.Контакторы

Контакторы – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. Контактор – это, пожалуй, самый старый аппарат, который применялся для управления электродвигателями. Наибольшее распространение во всем мире получили электромагнитные контакторы. Они являются основными коммутирующими аппаратами схем с токами более 50 А.

Классификация контакторов

Все контакторы классифицируются:

по роду тока главной цепи и цепи управления (включающей катушки) - постоянного, переменного, постоянного и переменного тока;

по числу главных полюсов - от 1 до 5;

по номинальному току главной цепи - от 1,5 до 4800 А;

по номинальному напряжению главной цепи: от 27 до 2000 В постоянного тока; от 110 до 1600 В переменного тока частотой 50, 60, 500, 1000, 2400, 8000, 10 000 Гц;

по номинальному напряжению включающей катушки: от 12 до 440 В постоянного тока, от 12 до 660 В переменного тока частотой 50 Гц, от 24 до 660 В переменного тока частотой 60 Гц;

по наличию вспомогательных контактов - с контактами, без контактов.

Рис.2.2.8. Общий вид контактора

Контакторы состоят из системы главных контактов, дугогасительной, электромагнитной систем и вспомогательных контактов .

Рис.2.2.9.Схема электромагнитного контактора

2.2.10.Устройство электромагнитного контактора : а)общий вид, б)дугогасительная система и контактная система, в)электромагнитная система

На металлической рейке 5 скобой 17 закреплены сердечник 2 магнитопровода с катушкой 4. Сердечник 2 имеет короткозамкнутый виток 3 и амортизирован пружиной 18. Через изоляционную колодку 15 на рейке крепятся три блока 1 полюсов, имеющие неподвижные контакт-детали 9 и дугогасительную катушку 16. Подвижная система контактора установлена на изолированном валу 7 и вращается в подшипниках 6. Подвижная контакт-деталь 11 закреплена в контактодержателе 13 и подпружинена пружиной 12. Соединение с контактным болтом обеспечивается гибкой связью 14. Каждый блок имеет дугогасительную камеру 10. На валу установлены также вспомогательные контакты 8.

Главные контакты осуществляют замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой их частоте. Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не обтекается током и освобождены все имеющиеся механические защелки.

Главные контакты могут выполняться рычажного и мостикового типа. Рычажные контакты предполагают поворотную подвижную систему, мостиковые – прямоходовую. На рисунке 2.2.11 представлена последовательно кинематика движения контакта контактора при замыкании.

Рис.2.2.11.

Как правило, у рычажных контактов оси вращения контакта не совпадают. Кроме того, контакты касаются раньше чем подвижная система достигнет конечного положения. В результате этого при замыкании и размыкании происходит перекатывание и проскальзывание подвижного контакта по неподвижному. Поэтому начальная точка касания при замыкании и она же, конечная точка касания и, соответственно, точка, где возникает дуга при размыкании оказывается смещенной по отношению к точке конечного касания контактов. Благодаря этому поверхности, которые обеспечивают длительное проведение тока и которые определяют переходное сопротивление контакта, отдалены от места возникновения дуги. Ну а проскальзывание контактов при достаточном контактном нажатии приводит к стиранию окисной пленки и различной скопившейся грязи с поверхности контакта, т. е. происходит самоочистка контактов. Так как контакты в коммутационных аппаратах являются, пожалуй, самыми слабыми частями аппарата, то мы видим, что в данном случае, сама конструкция силовых контактов контакторов позволяет длительно сохранять стабильным переходное контактное сопротивление, что в свою очередь, очень сильно влияет на надежность и безотказность работы контактора в целом. Но ничего не бывает идеальным, поэтому и у этой рычажных контактов есть свои недостатки. Проскальзывание при той шероховатости, которую обычно имеют поверхности контактов (в особенности работающих), вызывают дополнительный дребезг контактов при замыкании, а следовательно, и повышенный износ. Ну а полный отказ от проскальзывания и при недостаточно высоком нажатии приведет к быстрому перегреву контактов за счет их окисления. Поэтому тут приходится выбирать из дух зол меньшее.

Задание 4.а) Назовите три достоинства рычажных контактов, изображенных на рис. 2.2.11

Рычажные контакты требуют гибкой связи для присоединения к токопроводу, но и гибкая связь в ряде случаев является слабым местом контактной системы. Ее трудно осуществить на большие токи и ее механическая износостойкость оказывается ниже, чем других деталей.

Дальше разберемся с назначением и возможными конструкциями дугогасительной системы контакторов. Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги, которая возникает при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и конструкции дугогасительных систем определяются родом тока главной цепи и режимом работы контактора. Дугогасительные системы контакторов постоянного тока отличаются от дугогасительных систем контакторов переменного тока из за того, что сами принципы гашения дуги при постоянном и переменном токе отличаются.

Дугогасительные камеры контакторов постоянного тока построены на принципе гашения электрической дуги поперечным магнитным полем в камерах с продольными щелями. Магнитное поле, в подавляющем большинстве конструкций, возбуждается последовательно включенной с контактами дугогасительной катушкой. В 60-х годах прошлого столетия в СССР были созданы конструкции с постоянными магнитами, но распространения они не получили. Камеры с узкими щелями, которые могут быть прямыми и зигзагообразными значительно повышают отключающую способность и ограничивают размеры дуги и ее пламени за пределами камеры, однако полного гашения электрической дуги в объеме камеры с помощью этой камеры добиться не удается.

Контакторы переменного тока выполняются с дугогасительными камерами с деионной решеткой. При возниконовении дуга движется на решетку, разбивается на ряд мелких дуг и в момент перехода тока через ноль гаснет. Погасить дугу на переменном токе в принципе легче чем на постоянном, поэтому контакторы постоянного тока имеют более сложную систему дугогашения.

Электромагнитная система контактора обеспечивает дистанционное управление контактором, т. е. включение и отключение. Конструкция системы определяется родом тока и цепи управления контактора и его кинематической схемой.

Электромагнитная системасостоит из сердечника, якоря, катушки и крепежных деталей. На рисунке 6 показана схема включения электродвигателя с помощью электромагнитного контактора.

Вспомогательные контакты . Производят переключения в цепях управления контактора, а также в цепях блокировки и сигнализации. Они рассчитанны на длительное проведение тока не более 20 А, и отключение тока не более 5 А. Контакты выполняются как замыкающие, так и размыкающие, в подавляющем большинстве случаев мостикового типа.

Задание 4.б)Заполните таблицу 1

Таблица 1

Принцип действия контактора . В исходном отключенном положении, когда напряжения с катушки снято, подвижная система под действием пружины находится в нормальном положении. Контактор включают путем нажатия кнопки «Пуск». В катушке создается магнитный поток, который притягивает якорь к сердечнику. Одновременно с главными контактами замыкаются дополнительные (вспомогательные) контакты, которые блокируют(шунтируют) контакты кнопки «Пуск». Контактное нажатие осуществляется пружиной. На якоре установлена прокладка из немагнитного материала, которая уменьшает силу притяжения и при снятии напряжения с катушки якорь сразу отходит и не залипает.

Задание 4.в)Постройте логическую цепочку операций принципа действия контактора (всего семь пунктов)

Пускатели серии ПМЕ

→ Основные определения

1. Основные определения и классификация электрических аппаратов
1.1. Основные определения
Электрическими аппаратами (ЭА) называются электро технические устройства для управления. потоками энергии и информации, режимами работы, контроля и защиты технических систем и их компонентов .
Электрические аппараты служат для коммутации, сигнализации и защиты электрических сетей и электроприемников, а также управления электротехническими и технологическими установками и находят исключительно широкое применение в различных областях народного хозяйства: в электроэнергетике, в промышленности и транспорте, в аэрокосмических системах и оборонных отраслях, в телекоммуникациях, в коммунальном хозяйстве, в бытовой технике и т. д. При этом в каждой из областей диапазон используемой номенклатуры аппаратов очень широкий. Можно определенно сказать, что не существует области, связанной с использованием электрической энергии, где бы не применялись электрические аппараты.
В основе функционирования большинства видов электрических аппаратов лежат процессы коммутации (включения и отключения) электрических цепей. К основным явлениям, сопровождающим работу всякого электрического аппарата, относятся: процессы коммутации электрических цепей, электромагнитные и тепловые процессы. Под электромагнитными процессами понимают электромеханические и индукционные явления, электромагнитные взаимодействия элементов аппарата и др.
Тепловые процессы оказывают непосредственное влияние на работу аппарата и зависят от режима работы аппарата. Установлены для электрических аппаратов три вида режимов работы:
- длительный (в этом режиме при длительном прохождения тока аппарат нагревается до установившегося значения температуры);
- кратковременный (в этом режиме при отключенном состоянии между отдельными включениями температура нагрева аппарата снижается практически до температуры окружающей среды);
- повторно-кратковременный (температура нагрева за время паузы тока не успевает снизиться до температуры окружающей среды).
Два последних режима характеризуются относительной продолжительностью включения ПВ, %. Стандартные значения ПВ: 15; 25; 40; 60%.
1.2. Классификация электрических аппаратов
Исключительно широкий диапазон областей применения электрических аппаратов определяет многообразие видов их классификации.
Электрические аппараты классифицируют по признакам:
1) по величине рабочего напряжения - низковольтные (до 1000 В) и высоковольтные (более 1000 В);
2) по величине рабочего или коммутируемого тока - слаботочные (аппараты управления, защиты, сигнализации) и сильноточные, используемые в силовых цепях;
3) по выполняемой функции:
- коммутирующие аппараты: выключатели, разъединители, контакторы, магнитные пускатели;
- управления, защиты, сигнализации: реле различного типа, путевые и конечные выключатели (контактные и бесконтакные);
- командные: кнопки управления, ключи, командоконтроллеры и командоаппараты;
- аппараты защиты: разрядники, плавкие предохранители. К электрическим аппаратам относят также пускорегулиро вочные сопротивления.
По признаку коммутации и элементной базы электрические аппараты разделяются на:
- электромеханические
- статические
- гибридные.
Электромеханические аппараты отличаются наличием в них подвижных частей. Электромеханические аппараты имеют подвижную и неподвижную контактные системы, осуществляющие коммутацию электрических цепей.
Статические аппараты выполняются на основе силовых полупроводниковых приборов: диодов, тиристоров, транзисторов, а также управляемых электромагнитных устройств: магнитных усилителей, дросселей насыщения и др. Аппараты этого вида обычно относятся к силовым электронным устройствам, так как используются для управления потоками электрической энергии.
Гибридные электрические аппараты представляют со бой комбинацию электромеханических и статических аппаратов.
По функциональному назначению различают:
- аппараты управления НИ и ВН;
- аппараты распределительных устройств низкого напряжения;
аппараты автоматики.
Электрические аппараты классифицируют также:
по напряжению: аппараты НН - низкого (до 1000 В) И аппараты ВН - высокого (от единиц до тысяч киловольт) напряжения;
ПО значению коммутируемого тока: слаботочные аппараты (до 5 А) и сильноточные (от 5 А до сотен кило-ампер);
по роду тока: постоянного и переменного;
по частоте источника питания: аппараты с нормальной (до 50 Гц) и аппараты с повышенной (от 400 Гц до 10 кГц) частотой;
по роду выполняемых функций: коммутирующие, регулирующие, контролирующие, измеряющие, ограничивающие ПО току или напряжению, стабилизирующие;
- по исполнению коммутирующего органа: контактные и бесконтактные (статические), гибридные, синхронные, без дуговые.
1.3. Аппараты высокого напряжения
Аппараты высокого напряжения по функциональному признаку делятся на следующие виды:
- коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители);
- измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения);
- ограничивающие аппараты (предохранители, реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений);
- компенсирующие аппараты (управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы);
- комплектные распределительные устройства.
К электрическим аппаратам относят также различные виды датчиков, имеющих законченное конструктивное исполнение. Назначением большинства датчиков, относящихся к электрическим аппаратам, является преобразование параметров раз личных по природе физических величин в электрические сигналы информационного характера. Такие датчики широко ис пользуются в различных системах автоматического управления.
1.4. Электрические аппараты управления
Электрические аппараты управления предназначены для управления режимом работы электрооборудования и подразделяются на следующие виды:
- контакторы;
- пускатели;
- контроллеры;
- электрические реле управления;
- командоаппараты;
- рубильники;
- электромагниты управления
- электроуправляемые муфты.
Контакторы служат для многократных включений и отключений электрической цепи при токах нагрузки, не превышающих номинальный, а также для редких отключений при токах перегрузки (обычно 7-10-кратных по отношению к номинальному). Род тока определяет конструктивные особенности контакторов. Поэтому контакторы переменного и постоянного токов обычно не взаимозаменяемые. Однако имеются контакторы, совмещающие в себе возможности коммутации как постоянного, так и переменного токов.
Пускатели предназначены для включения и отключения двигателей и отличаются от контакторов в основном наличием встроенной системы, осуществляющей защиту двигателей от токов перегрузки.
Контроллер - это электрический аппарат с ручным управлением, предназначенный для изменения схемы подключения электродвигателя к системе электропитания, а также для коммутации обмоток трансформаторов.
Электрические реле управления работают в схемах автоматического управления электроприводами. Коммутируемые токи не превышают 10 А, и поэтому дугогасительные устройства в них не применяются.
Командоаппараты предназначены для переключений в цепях управления силовых электрических аппаратов (контакторов, пускателей).
Рубильники рассчитаны практически на весь диапазон номинальных токов. Отключение электрической цепи рубильником обычно производится в обесточенном состоянии или при небольших токах.
Электромагниты управления применяются в исполнительных механизмах различного промышленного назначения, а также в качестве самостоятельного функционального блока.
Электроуправляемые муфты предназначены для передачи потока механической энергии или крутящего момента
ог ведущей части муфты к ее ведомой части.
В зависимости от рода связи между ведущей и ведомой
частями муфты подразделяются на три основных вида:
- электромагнитные муфты с механической связью;
- электромагнитные порошковые муфты;
- индукционные муфты.
1.5. Аппараты распределительных устройств
Аппараты распределительных устройств низкого напряжения (до 1000 В) предназначены для защиты электрооборудования от различных аварийных режимов, связанных с появлением токов перегрузки и короткого замыкания, недопустимого снижения напряжения, появлением токов утечки на землю при повреждении изоляции, обратных токов и т. п.). Эти аппараты подразделяются на автоматические выключатели и низковольтные предохранители.
Автоматические выключатели (автоматы) включают ся и отключаются относительно редко. Автоматы на разные номинальные токи способны отключать большие токи короткого замыкания (до 150 кА). При этом отключение происходит с выраженным токоограничивающим эффектом. Автоматы имеют обычно сложные контактно-дугогасительные устройства.
Низковольтные предохранители служат для защиты электрооборудования от больших токов перегрузки и токов короткого замыкания. Различают предохранители с открытой плавкой вставкой, закрытые (плавкая вставка размещена в патроне) и предохранители с наполнителем, в качестве которого используется кварцевый песок, мел и др.
1.6. Электрические аппараты автоматики
Электрические аппараты автоматики - это технические средства, с помощью которых выполняются различные операции с сигналами (получение и сбор, считывание, формирование, обработка, преобразование, адресование, сравнение, хранение, размножение, изменение уровня, логические операции и т. п.), если хотя бы один из сигналов (на входе или выходе аппарата) электрический .
Соответствующие операции с неэлектрическими или электрическими сигналами выполняются в тракте переработки информации.
Сигналом называется воспринимаемая или передаваемая аппаратом информация о вещественном или энергетическом параметре. Под вещественным параметром понимают размер, плотность, цвет и т. п. Под энергетическим параметром - скорость, давление, температура, напряжение, ток, сокр, КПД.
Сигналы могут быть периодическими и непериодическими, непрерывными и дискретными.
Тракт переработки информации включает, как правило, следующие устройства:
- первичные преобразователи (датчики), преобразующие контролируемую (входную, как правило, неэлектрическую) величину в выходной электрический сигнал;
- распределители (коммутаторы), распределяющие информацию в виде электрических сигналов по различным каналам связи;
- сумматоры, логические элементы, регулирующие органы, обрабатывающие информацию, поступающую по различным каналам (входам) в виде электрических сигналов и вырабатывающие команду (сигнал) для исполнительных устройств;
- исполнительные аппараты.
К последнему типу устройств относятся собственно электрические реле автоматики, электрогидровентили, электрогидрокраны, электроклапаны, магнитные опоры и подвесы, задвижки и др.
Электрические реле автоматики - это устройства для защиты электрических систем, сетей и цепей, а также других объектов от несанкционированных режимов работы; для выработки сигналов, оповещающих о приближении нештатных ситуаций и об их наступлении; для усиления, размножения, обработки, кодирования и запоминания поступающей информации.
К разновидностям электрических реле автоматики относятся герконовые реле, основу которых составляют герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы), а также релейные аппараты с механическим управлением (входом) и электрическим выходом: кнопки, ключи, клавиатуры, тумблеры, микровыключатели.