Автоматические воздушные выключатели

Автоматическими воздушными выклю­чателями называются аппараты для ручного замыкания и авто­матического или дистанционного размыкания силовых электрических цепей под нагрузкой. В установках переменного тока они устанавливаются при напряжениях до 500 В, а на постоянном токе — и при боль­ших напряжениях, если выключения бывают не более нескольких раз в сутки. При автоматическом отключении срабатывает специальный расцепитель.

Расцепители представляют собой механизмы с подвижной систе­мой (рис. 11-15, а—в), которая приводится в движение устройствами электромагнитного или теплового действия тока.

На рис. 11-15, а показан расцепитель максималь­ного тока. При чрезмерном повышении тока нагрузки / электро­магнит 1 притягивает якорь 2, освобождающий защелку 3 и под влия­нием пружины 4 рабочие контакты автомата 5 размыкаются. На рис. 11-15, б в расцепителе минимального напряжения при падении напряжения U электромагнит 1 опускает якорь 2, защелка 3 освобождается и рабочая цепь выключается. В расцепи­теле обратного направления энергии (рис. 11-15,в) защелка освобождается при изменении направления тока, когда сум­марная м. д. с. катушек тока и напряжения изменяется и рабочая цепь размыкается. Время t_отк, в течение которого автомат отключает, состав­ляет 0,05—0,025 с. Если автомат предназначен для отключения при снижении напряжения, то он срабатывает при V = 0,4U_H.

Контакторы

Контакторами называются аппараты, позволяю­щие включать электрическую цепь до 1500 раз в час и применяющиеся в цепях постоянного и переменного тока с напряжением до 1 000 В. От коротких замыканий и перегрузок контакторы не защищают и по­этому должны работать совместно с устройствами защиты. Контакторы работают при напряжениях (0,85—1,03) U_H и автоматически выключают установку при умень­шении напряжения до (0,5—0,б) U_H.

Трехполюсный контактор переменного тока (рис. 11-16) изготовляется на токи 20—600 А; время его срабатывания лежит в пределах 0,05—0,1 с.

При замыкании кнопки Я (пуск) в цепи управления по­является ток в обмотке электро­магнита 8, якорь 3 притягивает­ся к сердечнику 7 и изолирован­ный квадратный валик 1 пово­рачивается в подшипниках, не показанных на схеме. Подвиж­ные контакты 2 и неподвижные 6 в рабочей цепи замыкаются, и двигатель 9 начинает вращаться. Одновременно мостик 4 поворачивается, размыкая нижние блок-контакты 5 и замыкая верхние; кнопка Я может быть отпущена. По прин­ципу действия верхние блок-контакты называются замыкающими, а нижние — размыкающими. При нажатии кнопки СТ (стоп) ток в катушке 8 исчезает, и рабочие контакты 2 и 6 размыкаются. Рабо­чие контакты помещаются в специальных дугогасительных камерах. В контакторах переменного тока магнитный поток в катушке 8 перио­дически переходит через нуль. Это вызывает вибрации и гудение кон­струкции. Для устранения этого явления на торец сердечника катушки надевают короткозамкнутый виток, в котором, как во вторичной обмотке трансформатора, вызывается ток, сдвинутый по фазе относительно тока в катушке 8. В моменты перехода главного потока через нуль поток короткозамкнутого витка препятствует отпадению якоря.

Реле

Все рассмотренные выше виды аппаратов относятся к силь­ноточным аппаратам рабочих цепей, коммутирующим токи более 5— 10 А. Реле — это аппараты на меньшие токи, работающие не в рабочих цепях, а в цепях управления при невысоких напряжениях. Их контакты управления просты, а дугогасительные устройства отсутствуют. Реле — это такой элемент цепи управления постоянного или переменного тока, который при достижении определенного значения управляемой вели­чины (тока, напряжения и др.) срабатывает мгновенно или с выдержкой времени. Наименьший ток, при котором происходит замыкание (или размыкание) контактов реле, называется током сраба­тывания. Наибольший ток, при котором контакты реле возвращаются в исходное положение называется током отпускания.

На рис. 11-17 показана схема работы электромагнитного токового реле. Когда ток I силовой установки, проходящий по катушке 1 достигает величины тока срабатывания, якорь электро­магнита 3 притягивается к полюсному наконечнику 2. При этом кон­такты б и 7 замыкаются, а 10 и 11 размыкаются. Подвижные контакты 7 и 10 установлены на рычаге 3 при помощи пластмассовых колодок 9 и пружин 8. Ток срабатывания регулируется натяжением возвратной пружины 12 с помощью гайки 5 и изменением воздушного зазора электро­магнита при помощи гайки 4.

Реле времени с электромагнитным замедлением схемати­чески показано на рис. 11-18. Это реле срабатывает не мгновенно, а спустя сравнительно большое время (до 5 с) после исчезновения на­пряжения на зажимах его обмотки /. Реле показано во включенном состоянии, предшествующем размыканию контактов 8 вспомогательной цепи. Работает оно следующим образом.

На магнитопровод 2 надета короткозамкнутая гильза 3, в которой при уменьшении потока возбуждения Ф_B (размыкание магнитопровода при срабатывании) возникают согласно закону Ленца ток и поток Ф_Д, складывающийся с Ф_В. Поэтому при снятии напряжения V якорь в не сразу отрывается от сердечника катушки 1. Чем больше сила пру­жины 4, регулируемая гайкой 5, тем при большем потоке Ф_В произой­дет срабатывание и, следовательно, тем меньше время отпускания реле. Это время можно также регулировать изменением толщины латунной прокладки 7.

На рис. 11-19 показана схема теплового реле защиты. По нагревательному элементу 2 проходит рабочий ток /, или доля его в зависимости от устройства, и нагревает биметаллическую пластинку 1. Она представляет собой двухслойный элемент из металлов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. В результате нагрева пластинка деформируется, ее правый конец, выпрямляясь, освобождает рычажок 3, который, поворачиваясь, усилием пружины 4 при помощи тяги 5 размыкает контакты 6, 7, включенные в цепь втяги­вающей катушки магнитного пускателя. Возврат контактов (в замкнутое положение) после остывания биметаллической пластины производится вручную при помощи кнопки 8.

Защитное заземление

Установлено, что проходящий через тело человека электри­ческий ток силой 50 мА является опасным для жизни, а ток силой 100 мА и выше смертельным. Известно, что сила тока зависит от напряжения и сопротивления цепи. Поэтому опасность поражения людей электри­ческим током повышается при увеличении напряжения и при уменьше­нии сопротивления человеческого тела. Всякое увлажнение кожи человека, загрязнение ее проводящими веществами, а также сырая обувь уменьшают сопротивление, увеличивая опасность поражения. Наоборот, увеличение сопротивления цепи тока, что можно достичь применением резиновых перчаток, резиновой обуви, резиновых коври­ков, уменьшают опасность поражения током.

Смертельные исходы имели место при напряжениях менее 60 В, так что допустимым при работе с переносными приборами и лампами в сухих помещениях с деревянными полами считают напряжение до 36 В, а при работе в сырых и жарких поме­щениях, в котлах, баках и т. д. на­пряжение до 12 В. При этом один зажим вторичной обмотки понижающего транс­форматора, питающего эти электро­приемники и его корпус, должны быть заземлены.

Для предохранения обслуживаю­щего персонала от соприкосновения с частями установки, находящимися под напряжением, применяются за­щитные кожухи, ограждения или бло­кировка как самих устройств, нахо­дящихся под напряжением, так и поме­щений, в которых они находятся.

Для защиты обслуживающего пер­сонала от поражения током при соприкосновении с металлическими частями электрооборудования, например корпусом электродвигателя или каркасом щита, нормально не находящихся под напряжением, но могущих оказаться под ним при повреждении изоляции электрооборудования, применяется за­щитное заземление.

Защитным заземлением называется преднамеренное соединение с землей металлических частей оборудования, нормально не находя­щихся под напряжением. Соединение с землей производится при помощи заземлителя — металлического проводника или груп­пы проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.

В трехфазных цепях с изолированной нейтралью (рис. 12-38) прикосновение к незаземленному корпусу электродвигателя с повреж­денной изоляцией у одной из фаз вызовет прохождение через тело человека тока I_Ч = U/(r_из + r_ч) (цепь замыкается через сопротивление изоляции других фаз), что опасно, так как сопротивление изоляции может быть невелико.

При наличии заземления корпуса двигателя (рис. 12-39) через поврежденную изоляцию и заземлитель пойдет ток заземления I_заз = = U/(r_из + r_заз) и между корпусом двигателя и землей будет напря­жение U_заз = I_зазr_заз, которое тем меньше, чем меньше сопротивление заземления, При прикосновении человека к корпусу он будет включен  параллельно сопротивлению заземления и окажется под весьма малым напряжением U_заз << U, и опасность будет устранена.

Например, при r_заз = 4 Ом и сопротивлении тела человека r_ч = = 40 000 Ом ток, идущий через человека, будет в 10 000 раз меньше тока, идущего через заземлитель.

В цепях с изолированной нейтралью защитное заземление выпол­няют по схеме рис. 12-40, причем сопротивление заземления не должно

быть больше 4 Ом, а при мощности пи­тающего генератора или трансформатора не более 100 кВ • А сопротивление зазем­ления должно быть не больше 10 Ом.

В качестве заземлителей используют металлические конструкции зданий, оборудование, надежно соединенное с землей, трубопро­воды (кроме газовых и с горючими жидкостями), проложенные в земле. Если указанных конструкций нет, то заземлители выполняют

из обрезков стальных труб длиной 2—3 м, диаметром 35—40 мм с тол­щиной стенок не менее 3,5 мм или из угловой стали с толщиной полок • не менее 4 мм. Число заземлителей должно быть не менее двух. Они забиваются в землю так, чтобы их верхний конец был ниже поверх­ности земли на 0,4—1,5 м и сваркой соединяются между собой сталь­ными полосами толщиной не менее 4 мм.

Все заземляемые части электроустановок соединяются с заземли­телем заземляющими проводниками из стальных полос сечением не ме­нее 24 мм², толщиной не менее 3 мм или из круглой стальной проволоки диаметром не менее 5 мм. Соединение их с оборудованием производится болтами или сваркой. Заземляющие провода окрашиваются в фиоле­товый цвет.

Электрические установки для совместного питания осветительной и силовой нагрузки сооружаются обычно четырехпроводными напря­жением 380/220 или 220/127 В. Четвертый — нулевой провод заземля­ется у источника питания и у потребителя (рис. 12-41) через весьма малое сопротивление и, естественно, имеет нулевой потенциал. К этому нулевому проводу присоединяются металлические части установок, нормально не находящиеся под напряжением, например корпуса элек­тродвигателей, трансформаторов, светильников, обмотки измеритель­ных трансформаторов, металлические каркасы щитов и т. д.

При заземлении одной из фаз, например а, возникает однофазное короткое замыкание и плавкий предохранитель или автомат отключает ее от источника питания. Фазные напряжения остальных фаз U_b и U_С остаются при этом без изменений.

Состояние заземления необходимо проверять не реже одного раза в год и измерять его сопротивление r_заз = U/I, пользуясь методом амперметра и вольтметра (рис. 12-42), где А — испытуемое заземление, В — вспомогательное заземление, а ЗН — зонд — заземлённый метал­лический штырь для присоединения вольтметра.

 

Согласно ГОСТ для катушек контакторов, реле и их контактов, а также для кнопок управления приняты обозначения на схемах по рис. 1.

- кнопка с самовозвратом с замыкающим контактом

 

- кнопка с самовозвратом с размыкающим контактом

 обмотка реле, контактора и магнитного пускателя

 

 

  обмотка реле, контактора или магнитного пускателя

--контакт контактора или реле замыкающий, т. е. разомкнутый
при отсутствии тока в катушке электромагнита

--контакт размыкающий, т. е. замкнутый при отсутствии тока
(или при недостаточном токе) в катушке электромагнита

—катушка напряжения реле

—катушка реле токовая

—нагревательный элемент теплового реле

_t —контакт замыкающий с выдержкой времени при замыкании

 

Рис. 1

 

 

 

Тепловое реле (рис. 2). Сменные тепловые элементы, рассчитанные на определенный ток, включены в фазы А и С цепи питания двигателя (место включения а, б и а', б' рис. 68). На рис. 70 показано одно реле.

Если нагрузка на двигатель не превышает номиналь­ную, то биметаллическая пластинка 4 удерживает коро­мысло 2 в таком положении, что контакт 1 замыкает цепь управления (в, г).

При возрастании полезного тормозного момента Мт выше номинального момента Мн двигателя ток 1, npofe-кающий по тепловому элементу 5, возрастет. Это приведет к росту температуры и количеству тепла, поступаю­щему к биметаллической пластинке 4, которая вследст­вие этого изогнется, выйдет за пределы пластины 8 и освободит коромысло 2 (рис. 71).

Под действием пружин 6 коромысло 2 опустится вниз и контакт 1 разомкнет цепь управления, что вызо­вет автоматически остановку двигателя (см. рис. 71 и 68).

      Рис.2

Элктромагнитное реле максимального тока (Рис.3)

 

Рис. 3

 

Магнитный пускатель или магнитный контактор (МП. Рис. 4)

Действительно, втягивающая катушка Л, контакто­ра МП (рис. 68), подключенная через в, г и в', г' к ли­нейным проводам А и В, перестанет получать питание, и контактор, опускаясь вниз, разомкнет рабочие контак­ты Л\, Л2, Л3 и блок-контакт «/74. Следовательно, на об­мотку двигателя прекратится подача напряжения, и он остановится.

В случае снижения напряжения в сети ток, протека­ющий через втягивающую катушку Л, уменьшится, что приведет к результатам, описанным выше.

После устранения причин перегрузки двигателя и ос­тывания биметаллической пластинки, через 3—5 мин на-

жатиеМ на рычаг 3 нужно возвратить биметаллическую пластинку в первоначальное положение (рис. 70). МП вновь будет готов к работе.

Зная работу контактора (рис. 69) и теплового реле (рис. 70, 71), легко понять работу всей схемы в целом.

При включении рубильника Р и нажатии кнопки /7 цеиь управления окажется под линейным напряжением UAB- Ток, проходя по втягивающей катушке Л, втянет сердечник, и рабочие контакты контакторов Л\, Л2, Л3 и блок-контакт </74 окажутся замкнутыми. Рабочие кон­такты обеспечат подачу напряжения на обмотку двига­теля, и он начнет работать. Замкнутый блок-контакт Л4 блокирует кнопку пуска П и позволит ее отпустить. Сле­довательно, Л^ будет выполнять функцию нажатой кноп­ки П. 'Остановка двигателя производится нажатием на кнопку «стоп» С. Это приводит к тому, что через катуш­ку Л ток не проходит, и сердечник под действием пру­жин и собственного веса опустится вниз. Все четыре контакта Л\, Л2, Л3, </74 окажутся разомкнутыми и так останутся при отпускании кнопки «стоп».

Следует иметь ввиду, что МП не защищает сеть от коротких замыканий. Поэтому эту задачу выполняют плавкие предохранители, которые в момент короткого замыкания перегорают и разрывают цепь питания схе­мы (рис. 68).

Как указывалось выше, при токовых перегрузках срабатывают тепловые реле 1РТ и 2РТ, что равносильно нажатию кнопки «стоп». Это приводит к обесточиванию цепи управления и автоматической остановке двигателя.

Нереверсивный пуск асинхронного трехфазного электродвигателя с коротко замкнутым ротором (Рис.5).

Рис.5

 

 

РЕВЕРСИВНЫЙ МП

На схеме, изображенной на рис. 6, видно, что в це­пи управления со своими пусковыми кнопками парал­лельно включены два контактора: «вперед» - В и «на­зад» -Н. Каждый контактор имеет по 5 контактов, пер­вые четыре — замыкающие, а последний — размыкаю­щий (см. рис. 4).

Разберем только отличие в работе реверсивного МП по сравнению с МП одностороннего действия:

1. Замыкание цепи управления путем включения трехполюсного рубильника Р и нажатия кнопки В (или Н) вызывает не только замыкание контактов В1, В2, ВЗ, В4 (HI, Н2, НЗ, Н4), как у нереверсивного МП, но и размыкание контакта В5 (Н5), включенного после­довательно с контакторов Н (В), что предотвращает прохождение тока одновременно через обе втягивающие катушки Н и В.

Рис. 6

/

2. Изменение направления вращения ротора двига­теля (реверсирование) осуществляется сменой местами двух фаз питания двигателя. При одновременном нажатии кнопок В «вперед» и Н «назад» двигатель не включается, так как цепи, управ­ления катушек оказываются разомкнутыми.