Электропривод, аппаратура управления и защиты

 

§ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Электроприводом называется электромеханическое уст­ройство, с помощью которого осуществляется движение рабочих органов производственного механизма. Электро­привод преобразует электрическую энергию в механичес­кую и осуществляет передачу вращающего момента элект­родвигателя на вал рабочей машины. Электродвигатель с аппаратурой управления является электрической частью, а передающие устройства (муфты сцепления, шестерни, редукторы, цепные или ременные передачи) — механиче­ской.

Важное значение имеет правильный выбор мощности электродвигателя. При недостаточной мощности двигатель будет перегружен, его нагрев превысит нормы, изоляция обмоток разрушится и двигатель выйдет из строя. При недогрузке двигателя стоимость установки возрастет, сни­зятся коэффициент полезного действия и коэффициент мощности.

Существует и физический предел мощности (см. гл. 5) электродвигателя, который характеризуется отношением максимального вращающего момента к его номинальному значению (M max /M ном). Во избежание остановки электро­двигателя тормозной момент на его валу со стороны при­водного механизма не должен превышать М mах. У асин­хронных электродвигателей общепромышленного назначе­ния Mmax/ M ном =1,8 ÷2,5, у крановых двигателей — 2,3— 3,3. В машинах постоянного тока перегрузка вызывает ухудшенную коммутацию и круговой огонь на коллекторе. Для машин постоянного тока M max/ M ном =2,5 (для спе­циальных крановых двигателей — 3—4).

Различают привод неавтоматизированный и автомати­зированный.

Неавтоматизированным называют элект­ропривод с аппаратами ручного управления. Автома­тизированным — электропривод, в котором управ­ление переходными режимами (пуск, остановка, торможе­ние, реверсирование, регулирование частоты вращения) происходит автоматически после подачи командного им­пульса.

При выборе мощности электродвигателя необходимо знать режим работы машины, приводимой им в действие, т. е. потребные мощность и момент на валу двигателя, частоту вращения, продолжительность нахождения под нагрузкой (при переменной нагрузке нужен график изме­нения нагрузки по времени). Различают следующие ре­жимы работы электродвигателей по продолжительности: продолжительный, кратковременный и повторно-кратко­временный.

Продолжительным называется режим ра­боты при неизменной нагрузке электродвигателя, продол­жающейся до достижения установившейся температуры. При включении электродвигатель нагревается, причем одна часть выделяемой теплоты идет на повышение температуры обмоток и других частей двигателя, а другая выделяется в окружающую среду. При неизменной нагрузке наступает момент теплового баланса, когда вся выделяющаяся в еди­ницу времени в двигателе теплота отдается за тот же про­межуток времени в окружающую среду и температура уже не повышается. Такая температура называется у с т а н овившейся. Примером длительного режима работы мо­гут служить электродвигатели насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров и других механизмов непрерыв­ного действия.

  Кратковременны м называют режим, при ко­тором электродвигатель за период работы с неизменной нагрузкой не успевает нагреться до установившейся тем­пературы, а за время перерыва успевает охладиться до температуры окружающей среды.

  Повторно-крат­ковременным называют режим, при котором элект­родвигатель за период работы с неизменной нагрузкой не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время перерыва не успевает охладиться до температуры окружающей среды:

ПВ = tр * 100/tц = t р * 100/(t р + tп),                                                (1.1)

где tр, tп, tц — продолжительность рабочего периода, паузы и цикла.

ГОСТом установлены стандартные значения ПВ = 15, 25, 40 и 60%. При этом продолжительность цикла не должна превышать 10 мин. При большей длительности цикла ре­жим считается продолжительным. В повторно-кратковре­менном режиме работают электродвигатели кранов, подъем­ников и т. п.

На заводском щитке электрической машины приводятся номинальные значения мощности (Р ном), напряжения (U ном), тока (I ном) частоты вращения (n ном), коэффициента полез­ного действия (η ном) и коэффициента мощности (cos φ ном).

Под номинальной мощностью понимают полезную мощность на валу электродвигателя, на которую он рассчитан. Так, например, широко распространенная серия асинхронных электродвигателей защищенного (А2) и закрытого обдуваемого исполнения (А02) имеет следую­щую шкалу номинальных мощностей (кВт): 0,6, 0,8; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 10; 13; 17; 22; 30; 40; 55; 75; 100. Стандартные синхронные частоты вращения (см. гл. 4) трехфазных асинхронных электродвигателей равны 3000, 1500, 1000,750,600 об/мин. Допускаемая нагрузка электро­двигателя определяется нагревом его обмоток, нормы на­грева которых зависят от классов изоляции, установленных соответствующим стандартом.

Электродвигатели серий А2 и А02 заменяются новой серией короткозамкнутых электродвигателей 4А, имеющих улучшенные технические характеристики.

 

§ 2. ВЫБОР ТИПА И МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Электромеханические свойства электродвигателей опре­деляются их механическими характеристиками n =f(M).

Различные механизмы требуют установки двигателей с характеристиками, соответствующими их режиму работы. Так, насосы, компрессоры, различные транспортеры нуж­даются в электродвигателях с жесткой характеристикой (мало зависящей от изменения нагрузки), а для привода подвижного состава электротранспорта и некоторых грузо­подъемных механизмов целесообразно применять двигатели с мягкой характеристикой (с ростом момента на валу — нагрузки — обороты значительно снижаются).

Важным фактором работы электропривода является ре­гулирование скорости с наименьшими потерями энергии. Наиболее просто регулирование скорости осуществляется при установке электродвигателей постоянного тока путем включения реостатов в обмотку возбуждения (двигатель с параллельным возбуждением). Существуют специальные схемы для плавного регулирования скорости изменением в определенных пределах напряжения на зажимах двига­теля постоянного тока. Для этого применяют систему генератор — двигатель, в которой трехфазный асинхрон­ный двигатель вращает якорь генератора постоянного тока, предназначенного для питания основного рабочего двигателя. Следует отметить, что электроприводы постоян­ного тока, несмотря на их преимущества, дороги и сложны в эксплуатации и поэтому применяются при невозможности другого решения.

Из существующих электродвигателей наиболее простым и дешевым является асинхронный с короткозамкнутым ро­тором. Он широко применяется во всех отраслях народного хозяйства для привода механизмов, не требующих регули­рования скорости. Для ступенчатого изменения скорости используют многоскоростные асинхронные двигатели с пере­ключением обмоток статора на различное число пар полю­сов.

Для применения в различных условиях окружающей среды выпускаются электродвигатели открытые, защищен­ные, закрытые и взрывозащищенные (т. е. с определенной степенью защиты, установленной стандартами).

Мощность электродвигателей для механизмов, работаю­щих в продолжительном режиме с неизменяемой нагрузкой, определяется в зависимости от производимой работы по

формулам, которые приводятся в учебниках по электро­приводу.

При продолжительном режиме работы, но изменяющейся нагрузке обычно задается график нагрузки (ток в функции времени), приведенный на рис. 13.1.

Заменив плавную кривую нагрузки ступенчатой ли­нией, определяют эквивалентный ток по формуле

 

 

где I₁, I2₂,..., In — токи, про­текающие в двигателе за отрезки времени соответственно t_1,  t₂,..., tn

Под эквивалентным, или среднеквадратичным, пони­мается ток, который за время работы производит одинаковое тепловое действие на обмотки дви­гателя, как и токи, изменяющиеся по ступеням графика. Затем выбирают по каталогу электродвигатель, номиналь­ный ток которого /ном равен или больше расчетного:

I ном ≥ I экв                    (3)

Двигатель с жесткими характеристиками можно выби­рать по эквивалентному моменту М экв или эквивалентной мощности Р экв:

 

 

При наличии отдельных кратковременных перегрузок выбранный двигатель должен быть проверен на перегру­зочную способность:

Мmах/Мном>Мпер/Мном.    (5)

Мощность электродвигателя для повторно-кратковре­менного режима работы выбирают с учетом ПВ по ката­логу. Один и тот же двигатель при различных продолжительностях включения имеет соответствующую им номи­нальную мощность. Если полученная по расчету ПВ не соответствует стандартной, то подсчитанную по (13.4) мощность Рэкв1 пересчитывают на стандартную Рэкм2 по формуле

Рэкм2 = Рэкм1 √ПВ1/ПВ2         (6)

 

По каталогу выбирают ближайший двигатель, мощ­ность которого при ПВ2

 

Р ном.>Рэкв2 (7)

 

Пример 1.1. По расчету получена эквивалентная мощ­ность Рэкв1 = 16,5 кВт при ПВ=36%. Требуется выбрать электродвигатель.

Решение.

1. Произведем пересчет полученной мощ­ности на стандартную, например на 25% по (13.6):

Р 25 = P 36 √36/25==16,5 *6/5 ≈ 20 кВт.

2. Принимается ближайший стандартный электродви­гатель: Рном=20 кВт при ПВ;=25%. Выбранный двига­тель подлежит проверке на допустимую перегрузку.

 

 

§3. АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ

 

Аппараты управления предназначаются для включения и отключения электрических цепей, пуска, остановки, тор­можения и реверсирования электродвигателей. Здесь будут рассмотрены лишь самые основные аппараты, применяемые для ручного, дистанционного (на расстоянии) и автомати­ческого управления. Как правило, аппараты управления и защиты поступают в смонтированном виде в комплектных устройствах, изготовляемых на заводах. Такими устройст­вами являются различные панели, шкафы, станции и блоки управления, распределительные пункты и щиты.

Рубильники и переключатели — наибо­лее простые аппараты для включения, отключения и пере­ключения электрических цепей. Выпускаются в одно-, двух-, трехполюсном исполнении для сетей напряжением до 660 В на токи от 25 до 600 А. Они имеют следующие ис­полнения: открытые (Р), открытые с центральным управ­лением (РПЦ), с боковым приводом (РПБ) и со смещенным приводом (РПС). Устанавливаемые отдельно рубильники должны иметь кожухи для защиты от случайного прикос­новения к токоведущим частям и ожога от электрической дуги, возникающей при отключении электрической цепи пли электроприемника.

На взаиморезервируемых вводах в здания устанавли­вают переключатели с приводами, которые выпускают на ток до 1000 А. Для отключения под нагрузкой применяют рубильники со специальными дугогасительными решетками или контактами с мгновенным отключением.

Пакетные выключатели и переклю­чатели типа ПК и НПК удобны благодаря своим не­большим габаритам и компактности при довольно значи­тельной разрывной мощности. Выпускаются на токи от 10 до 400 А при напряжении переменного тока до 380 В. Под­разделяются на открытые (ПК) и герметические (ГПК). Для гашения электрической дуги выключатели снабжаются специальными фибровыми шайбами, выделяющими при ее возникновении водород, углекислый газ и водяной пар, что и способствует ее гашению.

Реостаты — устройства, состоящие из регулируе­мого активного сопротивления и переключающего меха­низма. Подразделяются в зависимости от назначения на пусковые, регулировочные, нагрузочные, реостаты для цепей возбуждения. Бывают реостаты с воздушным и мас­ляным охлаждением. Резисторы для реостатов изготовляют из константана, манганина, нихрома, фехраля, стальной проволоки и чугуна. В системах мощных электроприводов часто применяют ящики с чугунными резисторами, вклю­чаемыми и отключаемыми с помощью контакторов.

Контакторы и магнитные пускате­ли — это электромагнитные аппараты, применяемые в схе­мах дистанционного и автоматического управления электро­двигателями или в сетях наружного и внутреннего осве­щения. Контакторы служат для частых включений и отключений цепей под нагрузкой, но не рассчитаны на отключение токов короткого замыкания и поэтому устанав­ливаются вместе с аппаратами защиты (см. дальше). Ра­ботают в цепях постоянного и переменного тока. Имеют различные габариты и конструктивное устройство в зави­симости от коммутируемых тока (от 6,3 до 1000 А) и напря­жения (36—660 В).

На рис. 13.2 показано устройство контактора типа П6. Контактор состоит из основания, представляющего собой стальную скобу / с пластмассовой колодкой 2, в которой размещены сердечник 3 магнитопровода с втягивающей ка­тушкой 5 и головки 6. Головка прикреплена к основанию винтами 14, которыми одновременно крепятся колодка, сердечник и катушка. На головке расположены пластины 13 с неподвижными контактами и винтами 14 для присое­динения проводов. На пластмассовой траверсе 10 установ­лены четыре мостика 12 с подвижными контактами и пружинами И. Для возврата сердечника в исходное положе­ние служит возвратная пружина 4.

Магнитный пускатель представляет собой ящик, в который встроены трехполюсный контактор n переменного тока и, как правило, два тепловых реле для защиты электродвигателя от перегрузки (но не от корот­кого замыкания).

На рис. 13.3 приведена принципиальная схема управ­ления трехфазным асинхронным короткозамкнутым элект­родвигателем (нереверсируемым). При нажатии кнопки «Пуск» на катушку контактора подается напряжение, включаются главные контакты Л в силовой цепи и блок-контакт Л в цепи управления, шунтирующий кнопку, электродвигатель идет в ход. Кнопку «Пуск» можно отпус­тить, так как цепь для протекания тока сохраняется через кнопку «Стоп», блок-контакт Л, катушку контактора и контакты 1РТ и 2РТ тепловых реле.

Предохранители П служат для защиты электродвига­теля и самого пускателя от токов короткого замыкания. Для отключения пускателя достаточно нажать кнопку «Стоп». Цепь тока через катушку разорвется, и двигатель остановится. Он также остановится при срабатывании теплового реле, исчезновении напряжения или его пони­жении до 70% от номинального значения.

Для повторного включения необходимо вновь нажать кнопку «Пуск». Рубильник Р служит для полного обесточивания цепи. Подбор нагревательных (биметаллических)

 

 

элементов для тепловых реле производится по справочни­кам или каталогам. Промышленностью выпускаются не­реверсивные и реверсивные пускатели для управления электродвигателями, требующими изменения направления вращения. Такой пускатель имеет два контактора и вклю­чается с помощью трехкнопочной станции — «Вперед», «Стоп», «Назад».

Схемой предусматривается электрическая блокировка, не допускающая одновременного включения двух контак­торов, та:; как это равносильно короткому замыканию. Ре­версивные пускатели снабжаются также механической ры­чажной блокировкой, исключающей одновременное вклю­чение контакторов. Таким образом, в целях надежной ра­боты магнитные пускатели имеют двойную блокировку — электрическую и механическую.

В жилищно-коммунальном хозяйстве городов (в квар­тальных котельных, в крупных насосных станциях) при­меняют асинхронные электродвигатели мощностью 100— 300 кВт и более с фазным ротором. Особенностью их яв­ляется наличие реостата в цепи ротора, благодаря чему пусковой ток ограничивается до величины порядка двукрат­ной по отношению к номинальному току и, следовательно, ограничены колебания напряжения в питающей сети. Существует ряд методов управления ускорением таких элект­родвигателей, которые сводятся во всех случаях к последо­вательному замыканию накоротко отдельных ступеней ре­остата в функции времени, тока и т. д. Метод управления ускорением в функции времени является наиболее распро­страненным как самый простой и надежный в эксплуатации. При автоматическом или дистанционном управлении элек­тродвигателями с фазным ротором применяют заводские станции управления, в которых собрана необходимая пус­ковая аппаратура, а иногда и аппаратура для торможения.

 

§ 4. АППАРАТУРА ЗАЩИТЫ

 

Длительная перегрузка проводов и кабелей, а также короткие замыкания вызывают повышение температуры жил и изоляции свыше допустимых величин, вследствие чего изоляция преждевременно изнашивается. Это может в некоторых случаях привести к пожару или поражению людей электрическим током. Для предотвращения указан­ных повреждений в сетях устанавливают защитные аппа­раты (плавкие предохранители, автоматические выключа­тели, специальные токовые реле), которые обеспечивают отключение участка цепи при непредвиденном увеличении токовой нагрузки сверх длительно допустимой.

Широко распространены плавкие предохранители бла­годаря простоте и малой стоимости. Основную рабочую часть предохранителя — плавкую вставку — изготовляют из цветного металла. Номинальным током пре­дохранителя называют наибольший ток, на кото­рый рассчитаны его токоведущие части, а номиналь­ным током плавкой вставки — наибольший ток, при котором заводом-изготовителем гарантируется, что плавкая вставка будет неопределенно долгое время ра­ботать не расплавляясь. При токе, превышающем номи­нальный на 25—30% и более, плавкая вставка расплав­ляется и защищаемый участок сети отключается. Время расплавления плавкой вставки предохранителя зависит от силы тока перегрузки. Чем больше ток, тем быстрее наступает расплавление. Зависимость полного времени отключения (продолжительность расплавления вставки и горения дуги) от отключаемого тока называется время-токовой или защитной характеристи­кой.

На рис. 13.4 показаны время-токовые характеристики для наиболее распространенных предохранителей серии ПН-2. Патроны этих предохранителей заполнены кварце­вым песком, что способствует интенсивному гашению дуги благодаря ее разветвлению в тончайших промежуткахмежду зернами песка. Технические данные предохраните­лей серии ПН-2 приведены в табл. 13.1.

Автоматические выключатели имеют значительные пре­имущества перед предохранителями благодаря более точным защитным характеристикам, возможности повторного использования после отключения. Их можно также ис­пользовать для нечастых коммутаций (включений и от­ключений) цепи, т. е. можно при определенных условиях совмещать наряду с функциями аппарата защиты функции рубильника. Автоматы исключают возможность примене­ния некалиброванных предохранителей, что, к сожале­нию, часто практикуется в установках с предохраните­лями.

 

Таблица 13.1

Тип предохранителя	Номинальный ток, А		Предельный ток отключения при напряжении до 5 00 В, к А
	патрона	плавкой вставки
ПН-2-100	100	30; 40; 50; 60; 80; 100	50
ПН-2-250	250	80; 100; 120; 150; 200;250	40
ПН-2-400	400	200; 250; 300; 350; 400	25
ПН-2-600	600	300; 400; 500; 600	25
ПН-2-1000	1000	500; 600; 750; 800; 1000	10

 

Контакты автоматических выключателей замыкаются С помощью ручного или механического привода. Размыка­ние контактов наступает автоматически при изменении состояния цепи, связанного с перегрузкой, коротким за­мыканием, исчезновением или чрезмерным понижением напряжения. Механизм, с помощью которого осуществ­ляется размыкание цепи, называется расцепителем. Оте­чественная промышленность выпускает автоматические вы­ключатели на различные токи и напряжения. Наиболее распространены установочные автоматы серий А-3100, АП-50, АЕ-1000, АК-63, АБ-25. Автоматы А-3161, 3162, 3163 на 50 А — одно-двух- и трехполюсные имеют тепловые расцепители 15, 20, 25, 30, 40, 50 А. Автоматы серии А-3100 бывают двух- и трехполюсные на токи 100 А (расцепители 15, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100), на 200 А (расцепители 120, 150, 200 А), на 600 А (расцепители 250, 300, 400, 500, 600 А).

Расцепители у этих автоматов могут быть трех типов: электромагнитные, тепловые и комбинированные (с тепло-пыми и электромагнитными элементами). Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластинку из двух металлов с различными коэффициентами удлине­ния. При определенном значении тока пластинка нагревается и, изгибаясь, размыкает цепь. Чем больше ток, тем быстрее происходит размыкание. Зависимость времени срабатывания от тока называют защитной или премя-токовой характеристикой автомата. Теп­ловые расцепители имеют обратнозависимую от тока ха­рактеристику. Электромагнитный расцепитель представ­ляет собой катушку с сердечником (стальным) — якорем и пружинным устройством. При определенном значении тока усилие, развиваемое электромагнитом, превысит удержи­вающее усилие пружины и происходит практически мгно­венное размыкание цепи.

Наиболее целесообразны автоматы с комбинированными расцепителями, которые осуществляют с помощью теплового расцепителя защиту от перегрузки, а с помощью электромагнитного расцепителя — защиту от коротких за­мыканий. При токе (8 ÷ 10) I ном. расч. электромагнитный расцепитель срабатывает практически мгновенно, тепловой расцепитель — тем быстрее, чем больше ток. Общий вид и защитная характеристика автомата А-3100 приведены на рис. 13.5.

 

 

Автомат АП-50 имеет аналогичные исполнения, но до­пускает небольшую регулировку номинального тока расцепителя на монтаже (номинальные токи тепловых расцепителей—1,6; 2,5; 6,4; 10; 16;, 25; 40; 50 А). Автоматы АБ-25 — бытовые, имеют только тепловые расцепители 15, 20, 25 А и применяются для защиты групповых сетей квар­тир в жилых домах. Автоматы типа АЕ-1311, которые за­менили автоматы АБ-25, имеют тепловые, электромагнит­ные и комбинированные расцепители на номинальные токи 6, 10, 16, 25 А. Некоторые типы автоматов имеют расцепи­тели, отключающие цепь при понижении напряжения ниже допустимого (защита минимального напряжения), а также независимые расцепители для дистанционного отключе­ния.

В настоящее время освоены производством новые серии автоматических выключателей АЕ20 (на ток до 100 А) А37 (на ток до 630 А), имеющие лучшие технические характеристики и заменяющие установочные автоматы А-3100, которые снимаются с производства. Данные серии имеют более широкую шкалу расцепителей и повышенную стой­кость при коротких замыканиях. Автоматические выключа­тели АЕ20 выпускаются на номинальные токи 10 А (с расцепителями 0,32; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6; 8; 10 А), 25 А (с расцепителями 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25 А); 63 А (с рас­цепителями 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63 А) и 100 А (с расцепителями 16; 20; 32; 40; 50; 63; 80; 100 А). Некоторые типы указан­ных выключателей до­пускают регулировку тепловых расцепителей в пределах 0,9—1,15 но­минального тока, име­ют температурную ком­пенсацию, а также снаб­жены дополнительными расцепителями и контак­тами, что очень важно при построении схем электрических сетей. Для примера на рис. 13.6 приведены защит­ные характеристики ав­томатических выключа­телей АЕ-20 с устройст­вом температурной ком­пенсации с комбиниро­ванными расцепителя­ми.

 

    Автоматические выключатели серии А37 выпускают на номинальные токи 160 А (с расцепителями 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160 А), 250 А (с расцепителями 160; 200; 250 А) и 630 А (с расцепителями 250; 320; 400; 500; 630 А). Тепловые расцепители этих автоматов, так же к&к и АЕ20, имеют обратнозависимую от тока характеристику. Электромагнитные расцепители обеспечивают мгновенное отключение поврежденного участка сети при определенных значениях уставки токов отключения, указанных в ката­логах.

Некоторые сведения об автоматах новых серий АЕ20 п А37 приведены в приложениях.

 

§ 5. ПРИНЦИПЫ НАЧЕРТАНИЯ И ЧТЕНИЯ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

 

Построение схем управления электроприводами бази­руется на следующих основных положениях: 1) каждый элемент аппарата имеет специальное условное обозначение, установленное ГОСТами; 2) контакты аппаратов изобра­жают в таком состоянии, когда они не испытывают внешних электрических или механических воздействий; 3) взаимо­связь между отдельными элементами электрической аппа­ратуры показывается на электрических схемах, которые подразделяются на принципиальные и монтажные (схемы соединений); 4) принципиальные схемы принято изобра­жать в развернутом виде, т. е. отдельные элементы аппара­тов (контакты, катушки и т. д.) показываются в тех цепях, где они работают, независимо от их действительного поло­жения в аппаратуре. Примером такой схемы является схема управления электродвигателем, приведенная на рис. 13.3; 5) все элементы аппаратуры и соединяющие их проводники маркируются буквами или цифрами; 6) на схе­мах соединений все элементы аппаратуры указываются в со­ответствии с их действительным положением; эти схемы составляют в строгом соответствии с принципиальными и используют для изготовления щитов, шкафов, пультов, станций управления, в которых расположена аппаратура; 7) для соединения различных аппаратов, расположенных в разных местах, составляют схемы внешних соединений (схемы подключений).

 

 § 6. УСТАНОВОЧНЫЕ ПРОВОДА

Электропроводки в жилых и общественных зданиях вы­полняют в основном незащищенными изолированными уста­новочными проводами с алюминиевыми жилами. Защищен­ные (имеющие дополнительную оболочку) провода, а также небронированные кабели марок АВРГ, АНРГ, АВВГ при­меняют вместо проводок в трубах. Рассмотрим характери­стики некоторых марок установочных проводов, наиболее часто применяемых в кирпичных и железобетонных граж­данских зданиях.

Провод марки АПВ — одножильный, с алюминиевой жилой и поливинилхлоридной изоляцией на напряжение до 660 В. Изготовляется сечениями 2—120 мм2, применяется для прокладки в трубах, пустотах несгораемых строительных конструкций, коробах и в пластмассовых плинтусах (электротехнических). Провод марки АППВС — двухжиль­ный или трехжильный, плоский с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной изоляцией. Изготовлялся сечения­ми 2,5—6 мм2 на напряжение 380 и 500 В. Применяется для скрытой прокладки под штукатуркой, а также в осве­тительных, внутриквартирных сетях для прокладки в ка­налах, пустотах несгораемых строительных конструкций и замоноличивания (см. ниже) в строительные конструк­ции. Может прокладываться скрыто по сгораемым основа­ниям, но с подкладкой асбеста или слоя алебастрового раствора.

Провод марки АППВ такой же, как и АППВС, но снаб­жен разделительной изоляционной пленкой. Применяют для открытой прокладки непосредственно по несгораемым основаниям. Часто используют для замоноличивания в стро­ительных конструкциях. Может быть проложен открыто на роликах. Провод марки АПН — одно-, двух- и трехжиль­ный, с алюминиевыми жилами, найритовой резиновой изо­ляцией. Изготовляется сечением 2,5—4 мм2, а одножильный и 6 мм2, на напряжение 500 В. Применяется для скрытой прокладки под штукатуркой, допускается для прокладки в каналах, пустотах несгораемых строительных конструк­ций. Применяют для открытой прокладки с креплением путем приклеивания, однако в этом случае следует про­кладывать провода со светостойкой изоляцией.

Провод марки А ПРИ — одножильный, с резиновой изо­ляцией в негорючей резиновой оболочке. Изготовляется сечениями 2,5—120 мм2 на напряжение 660 В. Применяется для открытой прокладки на роликах и изоляторах, на лот­ках в трубах и коробах сухих и влажных помещений, а также непосредственно по поверхностям стен и потолков. Провод марки АПРВ — одножильный, с алюминиевой жи­лой, резиновой изоляцией в полихлорвиниловой оболочке. Изготовляется сечениями 2,5—6 мм2 на напряжение 500 В. Применяют для открытой прокладки на роликах и изоля­торах. Допускается для прокладки в трубах и коробах в сухих и влажных помещениях. Провод марки АПРТО — с алюминиевыми жилами, резиновой изоляцией и хлопчато­бумажной пропитанной оплеткой на напряжение 660 В для прокладки в стальных трубах. Изготовляется одножильным сечением 2,5—400 мм2, с числом жил 2, 3, 3+1, сечениями 2,5—120 мм2. Применение проводов марки АПРТО в дру­гих условиях нецелесообразно.

Провода с медными жилами применяют в случаях, ого­воренных ПУЭ, в частности в некоторых видах помещений с взрывоопасной средой, на сценах театров, в кинопроекци­онных и т. д. Более детальные рекомендации в области применения проводов с учетом вида проводки, способа прокладки и характеристики окружающей среды даны в «Указаниях по выбору и применению установочных элек­трических проводов для силовых и осветительных сетей».

Длительно допустимый ток для проводов с резиновой и пластмассовой изоляцией на напряжение до 1000В с алюминиевыми(числитель) и медными (знаменатель) жилами при температуре окружающего воздуха 25⁰С. приведен в таблице.

АПР,АПРТО,АПРВ,АПВ,ПР,ПРТО,ПРГ,ПРВ,ПВ,ПВГ.ПРГВ
Сечение провода жилы ММ2	Допустимыйток Iдоп(А) в зависимости от способа прокладки
	открыто	В стальных трубах при числе проводов в трубе
	------	2	3	4	5….6	7…8
1,0	-/17	-/116	-/15	-/14	---	--
1,2	-/20	-/18	-/16	-/15	--	--
1,5	-/23	-/18	-/17	-/16	-/15	-/14
2,0	21/26	19/24	18/22	15/20	12/17	11/16
2,5	24/30	20/27	18/25	17/22	15/20	14/19
3,0	27/34	24/32	22/28	21/26	18/22	17/21
4,0	32/41	28/38	25/35	23/30	22/28	21/26
5,0	36/46	32/42	30/39	27/34	24/33	22/28
6,0	39/50	36/46	32/42	30/40	26/34	24/31
8,0	46/62	43/54	40/51	37/46	30/40	29/38
10,0	60/80	50/70	47/60	39/50	38/48	35/45
16,0	75/100	60/85	60/80	55/75	48/64	45/60
25,0	105/140	85/115	80/100	70/90	65/80	60/75
35,0	130/170	100/138	95/125	85/115	75/100	70/95
50,0	165/215	140/185	130/170	120/150	105/135	95/125
70,0	210/270	175/225	165/210	140/185	130/165	125/155
95,0	255/330	215/275	200/255	175/225	---	--

 

 

В качестве аппаратуры для дистанционного и автомати­ческого управления используются контакторы и различные реле.

 Электрическое оборудование и аппараты.

Рубильники

Для ручного включения электрических машин и цепей постоян­ного и переменного тока при напря­жениях до 500 В и токах до 1000 А применяются рубильники. На рис. 11-4, а и б показаны простой ру­бильник и его условное изображение на схемах. К стойкам 2, укрепленным на изолирующей плите 1, присоеди­няются провода 3. В нижних стойках шарнирно закреплены металли­ческие ножи 4. На рис. 11-4, б показан трехполюсный рубильник, ножи которого, соединенные изолирующей траверсой 5, включаются одновременно. Рубильники могут быть одно-, двух- и многополюсными. При размыкании нагруженной цепи ручкой управления б между верхними стойками и ножами возникает электрическая дуга 7, оплавляю­щая контакты. Поэтому показанный рубильник применяется как разъединитель в цепях переменного тока при напряжении до 220 В, т. е. для отключения цепи без нагрузки.

Для отключения цепей под нагрузкой применяют рубильники с дугогасительными контактами (рис. 11-5). При отключении сначала отрываются рабочие ножи 1, а затем под влиянием натяжения пружин разрывные ножи 2. Размыкание происхо­дит очень быстро, что способствует растягива­нию и гашению дуги.

В установках переменного тока 380 и 500 В и постоянного тока 220 В и выше для отключе­ния цепей под нагрузкой выключатели снаб­жаются специальными дугогасительными устрой­ствами. Одним из таких устройств является дугогасительная решетка (рис. 11-6). Над рабочими контактами 1 и 2 ставится решетка из стальных пластин 3, помещенная в камеру из асбестоцемента, керамики и др. Возникшая при размыкании дуга загоняется электродинамиче­скими силами и тягой сильно нагретого воздуха вверх в решетку, где делится на отдельные дуги. Для горения каждой такой дуги требуется вполне определенное напряжение. Если разо­рвать дугу на такое число частей, при котором напряжение между контактами 1 и 2 меньше суммы напряжений, не­обходимых для горения отдельных дуг, то все дуги быстро гаснут. Дугогасительные решетки и рубильники целиком при напряжениях 220, 380 и 500 В закрываются защитными кожухами.

 

Пакетные выключатели

Для уменьшения габаритов распределительных устройств при ручном включении и выключении электрических цепей постоянного и переменного тока напряжением 220 и 380 В и длительном токе от 10 до 400 А применяются малогабаритные приборы — пакетные вы­ключатели (рис. 11-7, а).

Провода сети присоединяются к неподвижным контактам 3, укреп­ленным на неподвижных шайбах 2 из изолирующего материала. При повороте четырехгранного валика ручкой 5 расположенные на нем по­движные контакты 4 могут занимать два положения со сдвигом на 90°, показанные на рис. 11-7, б и в. Эти контакты двойные и при замыкании охватывают неподвижные контакты сверху и снизу. В положении 11-7,6 неподвижные контакты замкнуты подвижными, а в положении 11-7, в они разомкнуты. Так происходит во всех трех шайбах 2, расположенных одна над другой.

В одной плоскости с подвижными контактами 4 находятся двойные фибровые шайбы б, которые поворачиваются вместе с контактами. В положении, показанном на рис. 11-7, в, эти шайбы обхватывают не­подвижные контакты 3 сверху и снизу. Фибровые шайбы служат для гашения электрической дуги, которая, возникнув при размыкании кон­тактов, разлагает фибру с выделением водорода, углекислого газа и воды, что способствует гашению. Размыкание контактов при повороте ручки 5 происходит при помощи пружинного механизма под крышкой 1, уменьшающего время размыкания.

Реостаты для пуска и регулирования электродвигателей

 

Реостаты служат для регулирования тока и соби­раются из стандартных элементов, представляющих собой сопротивле­ния, закрепленные на изолирующем основании. Материалом сопротив­лений служат константан, манганин, нихром, фехраль, стальная про­волока и чугун. На рис. 11-8, а и б показаны элементы рамочного типа из проволоки и из ленты. Они намотаны на стальной пластине 1 и изо­лированы от нее фарфоровыми или стеатитовыми «наездниками» 2. На рис. 11-8, в изображен чугунный элемент сопротивления, из которых собираются ящики сопротивлений (рис. 11-9).

В отличие от ящиков сопротивлений реостаты имеют коммутирую­щее устройство для регулирования величины сопротивления (рис. 11-10). При повороте рукоятки 2 на крышке 1 поворачиваются вал 3 и щеточное приспособление 4. Выводы от секций 6 располагаются по ок­ружности на изолирующей плите 5. Под коробкой 7 расположены вы­водные зажимы реостата; вся кон­струкция сопротивлений для ох­лаждения помещается в бак с маслом.

Кроме металлических реоста­тов, получивших наибольшее рас­пространение, существуют жидкост­ные реостаты, например для пуска асинхронных двигателей с кольца­ми. Жидкостный реостат представ­ляет собой бак с электролитом (обыч­но вода с 8-10%-ным содержанием соды), в которой погружаются изолированные друг от друга металли­ческие пластины. Регулирование получается плавное, величина со­противления реостата пропорциональна расстоянию между пластинами и обратно пропорциональна той поверхности пластин, которая погру­жена в раствор.

Контроллеры

Контроллерами называются аппараты, служащие для включений, выключений и переключений сопротивлений при пу­ске, регулировании и изменении направления вращения двигателей. Сам контроллер содержит переключающий механизм, а сопротивления в виде ящиков (рис. 11-9) устанавливаются отдельно. В отличие от многополюсного рубильника, контроллер замыкает и размыкает разные цепи не одновременно, а в установленной последовательности. На рис. 11-11, а показан вид сверху на один выключатель кулачкового типа контроллера.

На вертикальной раме 3 укреплен пластмассовый изолятор 2, несущий на себе неподвижный контакт выключателя 1, к которому проводом 12 подводится ток от кабельного наконечника переключаемой цепи 11. Основанием подвижного контакта 4 служит пластмассовый изолятор 5, который может поворачиваться на оси 6. Этот контакт присоединяется к кабельному наконечнику сети 14 проводом 13. Пру­жина 8 всегда стремится прижать подвижной контакт 4 к контакту 1. На вертикальном валу 10 против ролика 7 помещена кулачковая шайба 9, при помощи которой, поворачивая вал 10, можно замыкать и размыкать контакты 4 и 1. Такие выключатели (кулачковые элементы) располагаются вдоль оси 10, а число их определяется схемой включения дви­гателя.

На схеме пуска асинхронного двигателя с кольцами (рис. 11-11, в) показано, что выключателей должно быть девять (/, //, ///, IV, V, VI, VII, VIII, IX), а условное изображение их на схемах дано на рисунке 11-11,в. На крышке контроллера, которая будет поставлена сверху, против ручки, поворачивающей вал 10, указываются позиции 1, 2, 3, 4, 5 вперед и назад. Замкнутым на схеме (11-11, в) следует считать тот выключатель, против которого стоит точка на соответствую­щей позиции.

В позиции 0 статор присоединен к сети зажимом С₂, в ротор вклю­чены сопротивления r₁ , r₂ , r₃ , соединенные в звезду, и двигатель отклю­чен. В позиции 1 вперед замыкаются выключатели II и IV, статор при­соединяется к сети и двигатель начинает вращаться при полном сопро­тивлении в цепи ротора. При повороте ручки в позицию 2 замыкается выключатель V и часть сопротивления r₁ шунтируется. При дальнейшем повороте ручки в положения позиций 3, 4, 5 постепенно замыкаются выключатели, VI, VII, VIII и IX, чем шунтируются сопротивления во всех фазах ротора.

При поворачивании вала в обратную сторону (пуск назад) вместо выключателей // и IX срабатывают выключатели / и ///, отчего ме­няются местами две фазы в цепи статора и двигатель вращается в об­ратном направлении. Переключения в цепи ротора производятся в той же последовательности.