Повреждения пусковой и защитной аппаратуры

МОДУЛЬ 3

План

 

1. Чрезмерный нагрев катушек пускателей, контакторов и автоматических выключателей. Межвитковые замыкания и замыкания на корпус катушек.

2. Чрезмерный нагрев контактов и их износ.

3. Неудовлетворительная изоляция. Механические неполадки.

 

Ремонт автоматических воздушных выключателей

 

Автоматический воздушный выключатель предназначен для автоматического отключения электрических цепей при возникно­вении в них токов перегрузки и короткого замыкания, а также при недопустимом снижении или полном исчезновении напряжения.

Для этого он снабжается соответствующими (одним или несколь­кими) расцепителями, которые отключают главные контакты вык­лючателя. Расцепители по принципу действия могут быть электро­магнитными (максимального напряжения), тепловыми (термоби­металлическими) и комбинированными (с последовательным вклю­чением токовой катушки и нагревательного элемента электромаг­нитного и теплового расцепителей). Например, автоматические воз­душные выключатели серии А имеют тепловые и электромагнит­ные расцепители, а серии АВМ (выпускаются на токи до 2000 А) обычно снабжаются электромагнитным расцепителем максималь­ного тока, который состоит из токовой катушки и якоря, удержива­емого пружиной и соединенного с часовым механизмом. При уста­новке часового механизма на метку «0» отключение автоматическо­го выключателя при коротких замыканиях и больших токах пере­грузки происходит мгновенно, а при установке на часовом механиз­ме требуемой выдержки времени (перемещением специального винта на часовом механизме) - с заданной задержкой времени.

Автоматические воздушные выключатели серии АВМ помимо электромагнитных расцепителей максимального тока могут снабжать­ся и расцепителем минимального напряжения, которые отключают выключатель при снабжении напряжения в питающей электрической сети до 85% номинального или полном его исчезновении.

Тепловые расцепители при небольших перегрузках по току отключают автоматический выключатель через 30-60 мин (время отключения находится в обратной зависимости от тока перегруз­ки), а электромагнитные расцепители при токах, превышающих номинальный ток в 6—10 раз, практически мгновенно отключают автоматический выключатель. Автоматический выключатель на­зывают воздушным, потому что электрическая дуга, возникаю­щая между его контактами в момент отключения, гасится в возду­хе. Такие выключатели выполняют, как правило, функции за­щитных аппаратов, однако при необходимости могут быть исполь­зованы в качестве коммутационных аппаратов для редких эксплу­атационных включений тех электрических цепей, в которых они установлены как аппараты защиты.

С помощью автоматических выключателей можно осуществлять дистанционное управление электрооборудованием и быстрое восста­новление питания электроустановок повторным включением. Эти вык­лючатели выпускаются на токи до нескольких тысяч ампер. В зависи­мости от количества полюсов они бывают одно- двух- и трехполюсные. Основными частями выключателя являются контактная и дугога­сительная системы и механизм свободного расцепления (рис. 4.1).

 

Рис. 4.1. Автоматический воздушный выключатель А15-Т на 600 А переменного тока: а - общий вид; б, в - контактная система во включенном и отключенном положениях ав­томата; 1 - плита; 2 - механизм свободного расцепления; 3 - болт заземления; 4 - меха­нический замедлитель расцепления; 5 - электромеханический привод; 6 - максималь­ные расцепители; 7 - резистор; 8 - предохранитель; 9 ~ реле управления; 10 - дополни­тельный расцепитель; 11 - панель зажимов; 12 - отключающий валик; 13 - главный вал; 14 - селективный валик; 15 - коммутатор; 16 - пружина отключения выключате­ля; 17 - дугогасительная камера; 18 — огнестойкая перегородка; 19,29 — нижняя и верх­няя гайки; 20 - держатель; 21 - промежуточный контакт; 22 - дугогасительные контак­ты; 23 - главный контакт; 24 — фасонный винт; 25 - стакан динамометра; 26 - шкала динамометра с указателем; 27- штифт; 28 - плоская пружина; 30 - регули­ровочная гайка

 

Контактная система автоматических выключателей небольшой мощности (на токи до 100 А) может быть одноступенчатой (рис. 4.2, а) или двухступенчатой (главные и дугогасительные контак­ты). Одноступенчатую систему контактов применяют и в выклю­чателях средней мощности (до 600 А), если рабочие поверхности контактов имеют металлокерамическое покрытие. В мощных выключателях используют двух- или трехступенчатую систему контактов. В последнем случае (рис. 4.2, б) контактная группа выключателя состоит из главных (рабочих), промежуточных (пе­реходных) и дугогасительных (разрывных) контактов. Промежу­точные контакты служат для облегчения перехода тока с главных контактов на дугогасительные при отключении.

 

 

Рис. 4.2. Контактная и дугогасительная системы воздушного выключателя: а - одноступенчатая; б - трехступенчатая; 1 - вал; 2, 16 - главные подвижные контакты; 3,15 - главные неподвижные контакты; 4,11- дугогасительные камеры; 5,10 - дугогаситель­ные решетки; 6,8- контактные пружины; 7, 17 - гибкие связи; 9,12 - дугогасительные по­движные и неподвижные контакты; 13 - промежуточный неподвижный контакт; 14 - проме­жуточный подвижный контакт

 

Дугогасительная система выключения состоит из дугогаситель­ных (подвижных и неподвижных) контактов и камеры с решет­кой. Эта система служит для ограничения размеров и быстрого га­шения электрической дуги, возникающей между расходящимися контактами при разрыве ими электрической цепи. Действие дуго­гасительного устройства основано на растяжении и охлаждении электрической дуги в камере. Камера представляет собой асбоце­ментную коробку, в которой расположена дугогасительная решет­ка из стальных пластин, покрытых тонким слоем меди, предохра­няющей стальные пластины от коррозии.

Гашение дуги в камере происходит следующим образом. При разрыве автоматическим выключателем электрической цепи с ра­бочими токами (токами перегрузки или токами короткого замы­кания) между его контактами возникает электрическая дуга, ко-торая под воздействием электродинамических сил растягивается вдоль пластин решетки, разделяется на ряд мелких дуг и, сопри- касаясь с поверхностью пластин, быстро охлаждается и гаснет.

Механизм свободного расцепления автоматического выключа­теля выполняет следующие функции: предотвращает возмож­ность удержания контактов выключателя во включенном состоя­нии при возникновении аварийного режима работы в защищаемой цепи; обеспечивает быстрое расхождение контактов, не зависящее от аппарата, типа и массы привода. Этот механизм представляет собой несколько шарнирных рычагов, соединяющих привод включения с системой подвижных контактов, которые, в свою очередь, связаны с отключающей пружиной.

В автоматических выключателях выходят из строя преимуще­ственно контакты, отключающие механизм и пружины (износ и плавление контактов, нарушение регулировки механизма, ослаб­ление пружин). В результате электрического и механического воз­действия может нарушаться изоляция обмотки электромеханиче­ского привода или главного вала. В зависимости от характера по­вреждения автоматические выключатели ремонтируют в электро- ремонтном цехе или на месте их установки. В последнем случае их отключают от электрических линий, а также принимают меры для предотвращения дистанционного управления выключателями.

При ремонте контактов (обгорание, оплавление и изнашивание из-за высокой температуры электрической дуги, особенно при раз­рыве ими больших токов) откручивают винты крепления дугога­сительных камер и осторожно их снимают. Закопченные стальные омедненные пластины решетки очищают от нагара щеткой, моют и протирают чистыми тряпками. Затем промывают и опиливают напильником слегка обгоревшие контакты выключателя, снимая с их рабочих поверхностей частицы оплавленной меди. С сильно оплавленных контактов напильником убирают наплывы меди, стараясь сохранить их форму. При уменьшении размеров контак­тов более чем на 30% их заменяют новыми.

В автоматических выключателях, которые часто включаются и выключаются, не только изнашиваются контакты, но и нарушает­ся их регулировка. Это приводит к перегреву контактов при рабо­те и выходу их из строя. Поэтому после ремонта контактов необхо­димо отрегулировать контактную систему. Это одна из важней­ших операций ремонта, от которой зависит продолжительная нор­мальная работа выключателя.

В процессе регулировки контактной системы добиваются сопри­косновения сначала главных, затем промежуточных и дугогаси­тельных контактов, хотя очередность их включения при работе выключателя обратная. Соприкосновения главных контактов до­стигают, изменяя положение их держателей с помощью гаек, про­межуточных контактов сгибанием в нужном направлении плоской пружины, а дугогасительных — используя регулировочные гайки.

Контактная система регулируется так, чтобы в момент касания дутогасительных контактов зазор между подвижным и неподвиж­ным промежуточными контактами был не менее 5 мм, а в момент ка­сания промежуточных контактов зазор между главными контакта­ми составлял не менее 2,5 мм. Провал (расстояние, на которое может сдвинуться плоскость соприкосновения включенных контактов, если убрать неподвижный контакт) главных контактов во вклю­ченном положении отрегулированного автоматического выключа­теля должен быть не менее 2 мм, а раствор (наименьшее расстояние между контактами в разомкнутом состоянии) дугогасительных кон­тактов в отключенном положении выключателя - не менее 65 мм.

При ремонте автоматического выключателя производят также проверку и регулировку начального и конечного нажатий его кон­тактов. Начальное нажатие контактов - это усилие пружины в месте первоначального касания подвижных и неподвижных кон­тактов, а конечное - усилие пружины в месте конечного касания контактов. Эти усилия замеряют специальным динамометром, по­ставляемым заводом-изготовителем вместе с выключателем. Усилия не должны отличаться от паспортных данных более чем на 10%.

Проверяют также, правильно ли расположены рычаги на от­ключающем валике и есть ли необходимый зазор между рычагом валика и бойком расцепителя. Рычаги должны быть без перекосов и смещений, а зазор составлять 2-3 мм, иначе расцепитель не отк­лючит выключатель при недопустимом снижении или полном ис­чезновении в питающей сети напряжения.

При ремонте автоматического выключателя подвергают про­верке резисторы, плавкую вставку предохранителя, состояние контактов конечного выключателя и вспомогательных контактов.

В отремонтированном выключателе проверяют легкость хода подвижных частей, отсутствие заеданий в механизме и касаний подвижных контактов стенок дугогасительных камер, для чего 10-15 раз медленно включают и выключают выключатель вруч­ную. При установке отремонтированного выключателя необходимо убедиться в том, что соединяемые с ним провода, кабели или шины не создают недопустимых усилий на его контакты или выводы.

Качество ремонта выключателя определяют 15-20 циклами включений и выключений сначала под напряжением без нагруз­ки, а затем при 50% -й и полной номинальной нагрузках. Проверя­ют также работу всех расцепителей и устанавливают необходимые токи вставок максимальных расцепителей, после чего выключа­тель испытывают при номинальных нагрузках по программе и нормам завода-изготовителя.

 

Ремонт контакторов

 

Контакторы - это коммутационные электромагнитные уст­ройства, предназначенные для дистанционного включения и вык­лючения силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. Они широко используются в электроустановках промыш­ленных предприятий и являются основными силовыми аппарата­ми современных автоматизированных электроприводов. В элект­роустановках трехфазного переменного тока применяют трехпо­люсные контакторы, которые состоят из электромагнитной, кон­тактной и дугогасительной систем (рис. 4.3, а~в). Электромагнитная система служит для дистанционного управ­ления (включения и отключения) контактором и состоит из ярма с сердечником, якоря, короткозамкнутого витка, катушки электро­магнита и деталей крепления электромагнита к изоляционной панели. Сердечник и якорь набраны из листов электротехнической стали толщиной 0,55 мм (крайние листы имеют толщину 0,8 мм).

 

 

Рис. 4.3. Трехполюсный контактор:а - общий вид; б - электромагнитная система; в - контактная и дугогасительная системы; 1 - изоляционная панель; 2 - дугогасительная камера; 3 - унор; 4 - элект­ромагнит; 5 - подшипник; 6 - вал; 7 - изоляция вала; 8 - крепление контактной системы на валу; 9 - блок-контакты; 10 - подшипник; 11 - ярмо с сердечником; 12 - катушка электромагнита; 13 - держатель якоря; 14 - якорь; 15 - короткозамк­нутый виток; 16 - пластины решетки дугогасительной камеры; 17 - неподвижный главный контакт; 18 - подвижный главный контакт; 19 - контактная пружина; 20 - держатель подвижного контакта; 21 - гибкая связь

 

Контактная система состоит из главных подвижных и неподвижных контактов, гибких связей и вспомогательных контак­тов, служащих для переключения в цепях управления контакто­ром, блокировки и сигнализации. Главные контакты обеспечены дугогасительной системой, которая представляет собой камеру с дугогасительными стальными пластинками, покрытыми слоем меди. Камера выполнена из огнестойкого материала и состоит из двух половин. Пластины внутри камеры расположены перпенди­кулярно к стволу электрической дуги, которая (при отключении контактора) втягивается в решетку, разделяется в ней на ряд мел­ких дуг, охлаждается и гаснет.

В трехполюсном контакторе имеются три пары главных кон­тактов, обеспеченных тремя (по одному на каждый полюс) дугога­сительными устройствами.

Управление контактором осуществляется следующим образом. При подаче напряжения в цепь катушки электромагнита ее сердеч­ник притягивает якорь, который поворачивается на определенный угол и прижимает подвижные контакты, находящиеся на одном валу с неподвижным якорем, к неподвижным. При разрыве электриче­ской цепи катушки ее стержень перестает удерживать якорь и по­движные контакты отпадают, разрывая электрическую силовую цепь.

Якорь во включенном состоянии может удерживаться и защел­кой. В таких контакторах имеется дополнительное электромаг­нитное устройство, отключающее контактор путем освобождения его подвижной части из-под защелки.

При выполнении текущего ремонта контакторов на месте их ус­тановки сначала отсоединяют все провода, кабели и шины (капи­тальный ремонт обычно производят в электроремонтных мастер­ских). В процессе ремонта главным образом заменяют поврежден­ные или изношенные детали новыми и затем регулируют и испы­тывают контакторы. В основном приходится менять главные кон­такты, гибкие соединения, дугогасительные камеры, катушки электромагнитов, пружины и короткозамкнутые витки.

С главных контактов снимают дугогасительные камеры, откру­чивают винты, которыми гибкие соединения крепятся к подвиж­ным контактам, и удаляют подвижные контакты. Затем убирают неподвижные контакты, промывают их. В некоторые случаях за­чищают контактные поверхности всех разобранных соединений, смазывают их тонким слоем технического вазелина. Далее кон­такты устанавливают на место в последовательности, обратной разборке.

Поврежденные гибкие медные пластины заменяют новыми. В случаях, когда таких пластин более 20%, рекомендуется полностью заменить гибкие соединения новыми. Камеры с сильно испорченны­ми внешними или внутренними деталями также заменяют новыми.

Неисправную катушку электромагнита меняют на новую или перематывают ее обмотку, выдерживая диаметр провода и количе­ство витков. При намотке катушки тонким проводом для выводов используют гибкий провод диаметром 0,8 мм и более. При этом выводы соединяют с проводом катушки припоем ПОС 30, а затем места пайки изолируют полоской миканита толщиной 0,3 мм и шириной 8-10 мм. Выводы катушки закрепляют на каркасе нит­ками, к концам припаивают медные наконечники, а готовую ка­тушку обматывают хлопчатобумажной лентой. Окончательно ка­тушку проверяют пробным (не менее 10 циклов) включением и отключением контактора.

Лопнувший короткозамкнутый виток заменяют новым: снача­ла отгибают стальные пластины, прикрепленные к крайним лис­там пакета сердечника, вынимают поврежденный виток из жело­ба в сердечнике, а затем устанавливают в желоб новый виток и закрепляют его, загибая стальные пластины.

Поврежденные пружины заменяются новыми из числа запас­ных, поставляемых в комплекте с контактором.

Если нарушена изоляция вала подвижных контактов, ее заме­няют новой, сделанной из материала, равноценного заменяемому по своим свойствам и толщине.

По окончании основных операций с помощью динамометра из­меряют начальное и конечное нажатия главных контактов.

На заключительном этапе ремонта контактора проверяют, пра­вильно ли собрана схема, прочно ли закреплены подвижные контак­ты на валу и хорошо ли прилегает якорь к сердечнику. Затем прово­дят послеремонтные испытания: измеряют сопротивление изоляции, омическое сопротивление обмотки катушки электромагнита и опре­деляют точность работы контактора при снижении напряжения.

Изоляцию испытывают мегаомметром на 500 В, проверяя ее сопротивление между токопроводящими частями контактора и другими частями, не находящимися под напряжением. Сопротив­ление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм. Омическое сопро­тивление обмотки катушки электромагнита, измеренное при 20° С, не должно отличаться от паспортных данных более чем на 10%. Контактор, установленный вертикально, должен включаться при пониженном напряжении, составляющем 85% номинального.

Значительный нагрев контактов и катушки электромагнита, а также сильное гудение электромагнитной системы свидетельству- ют о неудовлетворительном качестве ремонта и некачественной регулировке отдельных деталей и систем контактора (главным об­разом электромагнитной и контактной).

В настоящее время, благодаря достижениям силовой полупро­водниковой техники, для дистанционного бесконтактного вклю­чения и отключения силовых электрических цепей при нормаль­ных режимах работы применяются тиристорные коммутацион­ные устройства, которые имеют значительно большую надежность и долговечность по сранению с электромагнитными коммутацион­ными устройствами (контакторами, пускателями). В качестве кон­кретного тиристорного коммутационного устройства рассмотрим тиристорные маломощные переключатели типа ПТМ, предназна­ченные для бесконтактного включения и отключения электродви­гателей до 5 кВт, электромагнитов, соленоидов и других нагрузок переменного тока. Переключатели ПТМ 40-8 и ПТМ 80-8 применя­ются для обеспечения динамического торможения (с током до 40 и 80 А соответственно) трехфазных асинхронных электродвигателей (АД) с короткозамкнутым ротором, а переключатель ПТМ 1,6-4М - как для бесконтактного включения и отключения АД, так и для обеспечения динамического торможения его. На рис. 4.4 приведена электрическая принципиальная схема переключателя ПТМ 1,6-4М.

 

 

Рис. 4.4. Схема электрическая принципиальная переключателя ПТМ 1,6-4М

 

При подаче напряжения (12 В постоянного тока) на катушку реле К1 (или К2 - при динамическом торможении) замыкаются контакты ре­ле, через которые подаются управляющие сигналы на соответствую­щие симисторы (симметричные тиристоры, каждый из которых за­меняет два обычных тиристора, включенных по встречно-параллель­ной схеме), при этом симисторы открываются и пропускают ток из се­ти переменного тока по обмоткам АД. При снятии напряжения с ка­тушки реле К1 (или К2) соответствующие симисторы отключаются.

Конструктивно переключатели типа ПТМ выполнены в ореб- ренном металлическом корпусе (у ПТМ 1,6-4М корпус пластмассо­вый) с естественным воздушным охлаждением, к которому кре­пятся через изолирующие прокладки коммутирующие приборы: симисторы для ПТМ 10-1М, ПТМ 1,6-4М; оптронные тиристоры для ПТМ 010-1 и тиристоры для ПТМ 40-8 и ПТМ 80-8. Для ком­мутации управляющих сигналов на тиристоры используются гер- коновые реле типа РПГ, встроенные в переключатели. Внешнее подсоединение переключателей осуществляется через клеммную коробку посредством пайки (на ПТМ 40-8 и ПТМ 80-8 подключе­ние производится с помощью гаек).

Переключатели ПТМ выдерживают рабочие перегрузки по то­ку до 10 1н при длительности перегрузок не более 40 мс, а средний ресурс их работы составляет 30 000 ч.

Эксплуатация и обслуживание переключателей ПТМ разреша­ется лицам, прошедщим специальную подготовку и знакомым с инструкцией по эксплуатации. При выходе из строя переключате­ля в процессе эксплуатации он заменяется запасным, а при техни­ческом обслуживании (в сроки, установленные для всей установки) проверяется надежность пайки и затяжки резьбовых соединений.

Ремонт вышедших из строя переключателей производится в электроремонтной мастерской. При ремонте путем тщательного осмотра и проведения измерений «тестером» определяются неис­правные элементы переключателей, которые затем заменяются исправными. Контроль исправности тиристоров может выполнять­ся (на стендах) с помощью осциллографа по падению напряжения на тиристоре. После ремонта с помощью мегаомметра замеряется соп­ротивление изоляции силовых цепей и цепей управления переклю­чателя по отношению к корпусу, который должен быть заземлен, при этом сопротивление изоляции должно быть не меньше 5 МОм.