БУДОВА, ТЕХНІЧНЕ ОБСЛУГОВУВАННЯ ТА РЕМОНТ ЕЛЕКТРИЧНИХ АПАРАТІВ

БУДОВА, ТЕХНІЧНЕ ОБСЛУГОВУВАННЯ ТА РЕМОНТ ЕЛЕКТРИЧНИХ АПАРАТІВ (21)

Подкатегории

Перевірка знань (тема 6) (10)

ТЕМА 6.7 - ПРИСТРІЙ ЗАХИСНОГО ВІДКЛЮЧЕННЯ (ПЗВ).

Урок №55. Пристрій захисного відключення (ПЗВ).

Електричні апарати напругою до 1000 В.Конструкції та принципи дії апаратів управління та захисту. Пристрій захисного відключення (ПЗВ), призначення та галузь застосування.

Електричні механізми електричних апаратів. Їх призначення, основні типи і будова. Магнітні системи постійного і змінного струмів. Обмотки електромагнітів.

Поняття, призначення, будова та принцип дії пристрою захисного відключення (ПЗВ)

Пристрій захисного відключення ПЗВ - це швидкодіючий захисний вимикач, що реагує на диференційний (різницевий) струм в провідниках, які підводять електроенергію до електроустановки, що захищається. Тобто, пристрій відключить споживача від живлячої мережі, якщо відбудеться витік струму на заземлюючий провідник РЕ («землю») або просто витік струму не обов’язково на заземлення з одного із провідників.

ПЗВ - це електромеханічний комутаційний апарат, призначений вмикати, проводити та відмикати струми при нормальних умовах роботи, а також приводити до розмикання контактів, коли різницевий (диференційний) струм за визначених умов доходить до заданого значення. Такі апарати різницевих струмів забезпечують ефективний захист від непрямих дотиків, вони також забезпечують захист й від прямих дотиків, на що не здатний будь-який інший апарат.

Основним вузлом ПЗВ є диференційний трансформатор струму. По іншому його називають трансформатор струму нульової послідовності. Що б було простіше і не заплутатися в термінах, назвемо цей вузол просто трансформатор струму.

Як видно з малюнка, в даному випадку він має три обмотки. Первинні і вторинні обмотки включені у фазний і нульовий дріт відповідно, а третя обмотка – до пускового органу, який виконується на чутливих реле або електронних компонентах. Залежно від цього розрізняють електромеханічні і електронні ПЗВ.

Пусковий орган зв`язаний з виконавчим пристроєм, який включає силову контактну групу з механізмом приводу. Тестова кнопка служить для перевірки і контролю справності ПЗВ. Зараз уявимо, що до виходу нашої схеми підключили навантаження. Природно, в колі відразу виникне струм, який протікатиме через обмотки I і II. Для подальшого розгляду принципу роботи ПЗВ перейдемо до наочнішої схеми:

У нормальному режимі, за відсутності струму витоку, в колі по провідниках, що проходять крізь вікно магнітопроводу трансформатора струму протікає робочий струм навантаження. Саме ці провідники утворюють зустрічно включені первинну і вторинну обмотки трансформатора струму. Дані струми будуть рівні по величині і протилежні по напряму: I1 = -I2. Вони наводять в магнітному сердечнику трансформатора струму рівні, але зустрічно направлені магнітні потоки Ф1 і Ф2. Виходить, що результуючий магнітний потік дорівнює нулю, струм в третій обмотці диференційного трансформатора також дорівнює нулю і пусковий орган 2 знаходиться в цьому випадку в стані спокою і ПЗВ функціонує в нормальному режимі.


. Будова ПЗВ: 1 - корпус, 2 - замки для монтажу на DIN - рейку, 3 - диференційний трансформатор струму, 4 - електронна плата, в якій підвищується струм дисбалансу I∆ на вторинній обмотці трансформатора і подається на поляризоване реле, 5 - поляризоване реле (пусковий орган), 6 - струмовий розчіплювач (виконавчий механізм), 7 - дугогасна камера, 8 - комбіновані затиски з анодованої сталі для підключення провідників.

При дотику людини до відкритих струмопровідних частин або до корпусу електропристрою, на який відбувся пробій ізоляції по фазній або нульовій (первинній) обмотці трансформатора струму, окрім струму навантаження I1 протікає додатковий струм - струм витоку (на схемі позначений I∆), що є для трансформатора струму диференційним (різницевим: I1-I2= I∆).

Виходить, що струми у нас нерівні, отже, нерівні і магнітні потоки, які вже не компенсують один одного. Через це в третій обмотці виникає струм. Якщо цей струм перевищує встановлене значення, то спрацьовує пусковий орган (поляризоване реле), який впливає на виконавчий механізм 3.

Виконавчий механізм, що складається з пружинного приводу, спускового механізму і групи силових контактів, розмикає електричне коло, внаслідок чого установка відключається від мережі. Для здійснення періодичного контролю справності (працездатності) ПЗВ передбачена кнопка тестування 4. Вона включена послідовно з резистором. Номінал резистора підібраний таким чином, що б різницевий струм дорівнював паспортному струму витоку спрацьовування ПЗВ (про параметри ПЗВ поговоримо пізніше). Якщо при натисненні на цю кнопку ПЗВ спрацьовує, значить, воно справне. Як правило, ця кнопка позначається «TEST».

Трифазні пристрої захисного відключення працюють приблизно за таким же принципом, як і однофазні. У трифазних ПЗВ через вікно сердечника проходять чотири дроти - три фазних і нульовий. Принципова електрична схема простого трифазного ПЗВ приведена на малюнку.

Трифазне ПЗВ вмикає вимикач 1, яким управляє елемент 2, який отримує сигнал на відключення з вторинної обмотки 3 трансформатора струму 4, крізь вікно якого проходять нульовий робочий дріт N і фазні дроти L1, L2 і L3 (5).

При рівному навантаженні в нульовому і фазному (або в трьох фазних) дротах їх геометрична сума дорівнює нулю (струм у фазному дроті однофазного ПЗВ тече в одному напрямі, а струм в нульовому дроті такого самого значення тече в протилежному напрямі). Тому струму у вторинній обмотці трансформатора немає.

При витоку струму на заземлений корпус електроприймача, а також при випадковому дотику людини, що стоїть на землі або на струмопровідній підлозі до фазного або нульового дроту електричної мережі, рівність струмів в первинній обмотці трансформатора струму порушиться, оскільки по фазному дроту, окрім струму навантаження, проходитиме струм витоку, і в його вторинній обмотці з'явиться струм – точно так, як і в описі роботи однофазного ПЗВ, що розглядається вище. Струм, що протікає у вторинній обмотці трансформатора, впливає на елемент, що управляє, 2, який через вимикач 1 відключає споживача від живлячої мережі. Зовнішній вигляд трифазного ПЗВ показаний на малюнку.

ПЗВ мають наступні основні параметри:

тип мережі – однофазна (трипровідна) або трифазна (п'ятипровідна)

номінальна напруга -220/230 – 380/400 В

номінальний струм навантаження – 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 А

номінальний відключаючий диференціальний струм – 10, 30, 100, 300 мА

тип диференціального струму – AC (змінний синусоїдальний струм, що виник раптово або поволі наростаючий), A (як і AC, додатково - випрямлений пульсуючий струм), B (змінний і постійний), S (затримка часу спрацьовування, селективне), G (як і селективне, тільки час затримки менший).

Номінальний струм навантаження, нанесений на корпусі пристрою, приймають за такий же параметр, як і в автоматичному вимикачі. Проте цей параметр в ПЗВ характеризує тільки його «пропускну струмову спроможність.

Практичні схеми включення ПЗВ в розподільних щитах.

Схема включення ПЗВ при однофазному вводі. Тут застосована схема включення з розділеною нульовою шиною (N) і шиною заземлення (РЕ). Як видно на малюнку, ПЗВ встановлені після ввідного автоматичного вимикача, а після них встановлені автоматичні вимикачі для захисту і комутації окремих шлейфів. Наявність зв'язки автомат – ПЗВ обов'язкова, оскільки ПЗВ не забезпечує струмовий захист, як теплову, так і від коротких замикань. Замість цієї «комбінації» - автомат – ПЗВ, можна використовувати один універсальний пристрій - диференційний автомат.

Схема включення ПЗВ при трифазному вводі. На відміну від попередньої схеми тут забезпечується захист як однофазних, так і трифазних споживачів. Прилад обліку електроенергії – електролічильник – включений між ввідним автоматом і ПЗВ.

До цього ми розглядали тільки електромеханічні ПЗВ. Також іноді зустрічаються електронні пристрої. В принципі, електронне ПЗВ будується за тією ж схемою, що і електромеханічне.

Замість чутливого магнітоелектричного елементу використовують пристрій порівняння (наприклад, найпоширеніший приклад - компаратор). Для такої схеми потрібний свій вбудований блок живлення – адже потрібно чимось живити електронну схему.

Різницевий струм має дуже малу величину, отже, його потрібно підсилювати і перетворювати в рівень напруги, яка подається на пристрій порівняння – компаратор. Все це, звичайно, знижує загальну надійність пристрою, в порівнянні з електромеханічним, тут якраз той випадок – чим простіше, тим краще.

Подробнее ...

ТЕМА 6.6 - АВТОМАТИЧНІ ВИМИКАЧІ.

Урок №54. Автоматичні вимикачі.

Електричні апарати напругою до 1000 В.Конструкції та принципи дії апаратів управління та захисту. Автоматичні вимикачі, призначення та галузь застосування.

Технічна характеристика автоматичних вимикачів.

Автоматичний вимикач — це контактнийкомутаційний апарат, що спроможний вмикати, проводити та вимикати струм, коли електричне коло у нормальному стані, а також вмикати, проводити протягом певного встановленого часу і вимикати струм при певному аномальному стані електричного кола (перевантаженні або короткому замиканні). Автоматичний вимикач призначений для нечастих вмикань, для захисту кабелів та кінцевих споживачів від перевантаження і короткого замикання. Деякі автоматичні вимикачі можуть забезпечувати захист від недопустимого зниження напруги.

Автоматичні вимикачі, що експлуатуються в електроустановках бувають різних видів. В електроустановках напругою до 1000 В найширше застосовують автоматичні вимикачі серії АП, А-3100, А-2000, А-3700 та автоматичні вимикачі сучасного виробництва, таких фірм як АСКО УкрЕм (Україна), ІЕК (Росія), АВВ, Siemens, Moeller (Європа) і т.д.

Автоматичні вимикачі виконуються одно-, дво-і триполюсні і мають наступні конструктивні вузли: головна контактна система, система дугогасіння, привод, розмикаючий пристрій, розчіплювач і допоміжні контакти.

Контактна система може бути триступеневою (з головними, проміжними і дугогасильними контактами), двоступеневою (з головними і дугогасильними контактами) і при використанні металокераміки одноступеневою. Дугогасильна система може складатися з камер з вузькими щілинами або з камер з дугогасильними ґратами. Комбіновані дугогасильні пристрої - щілинні камери в поєднанні з дугогасильними ґратами застосовують для гасіння дуги при великих струмах.

Для кожного виконання автоматичного вимикача існує граничний струм короткого замикання, який гарантовано не призводить до виходу з ладу автомата. Перевищення цього струму може викликати підгоряння або зварювання контактів. Наприклад, у популярних серій побутових автоматів при струмі спрацьовування 6-50А граничний струм зазвичай становить 1000-10 000А.

Автоматичні вимикачі виготовляють з ручним і моторним приводом, в стаціонарному або висувному виконанні. Привод автоматичного вимикача служить для включення, автоматичного відключення і може бути ручним безпосередньої дії і дистанційним (електромагнітним, пневматичним та ін.)

Автоматичні вимикачі мають реле прямої дії, які називаються розчіплювачем.

ГОСТ 9098-78 — встановлює таку класифікацію автоматичних вимикачів:

1. За родом струму головного ланцюга: постійного струму; змінного струму; постійного і змінного струму.

Номінальні струми головних ланцюгів вимикачів, призначених для роботи при температурі навколишнього повітря 40 °C, повинні відповідати ГОСТ 6827. Номінальні струми для головних ланцюгів вимикача вибирають з ряду: 6,3; 10, 16, 25; 32; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300 А. Додатково можуть випускатися вимикачі на номінальні струми головних ланцюгів вимикачів: 1500; 3000; 3200 А.

Номінальні струми максимальних розчіплювачів струму вимикачів, призначених для роботи при температурі навколишнього повітря 40 °C, повинні відповідати ГОСТ 6827. Допускаються номінальні струми максимальних розчіплювачів струму: 15; 45; 120; 150; 300; 320; 600; 1200; 1500; 3000; 3200 А

2. За кількістю полюсів головного ланцюга: однополюсні; двополюсні; триполюсні; чотириполюсним.

3. За наявністю струмообмеження: струмообмежуючі; струмонеобмежуючі.

4. За видами розчіплювача: з максимальним розчіплювачем струму; з незалежним розчіплювачем; з мінімальним або нульовим розчіплювачем напруги.

5. За характеристикою витримки часу розчіплювачем струму: без витримки часу; з витримкою часу, незалежною від струму; з витримкою часу, залежною від струму; з поєднанням зазначених характеристик.

6. За наявності вільних контактів («блок-контактів» для вторинних ланцюгів): з контактами; без контактів.

7. За способом приєднання зовнішніх провідників: з заднім приєднанням; з переднім приєднанням; з комбінованим приєднанням (верхні затискачі із заднім приєднанням, а нижні - з переднім приєднанням або навпаки); з універсальним приєднанням (переднім і заднім).

8. По виду приводу: з ручним; з моторним; з пружинним.

9. За наявністю іступенем захистувимикача від впливу навколишнього середовища та від дотику з частинами вимикача, що рухаються та (або) знаходяться під напругою, розташованими всередині оболонки відповідно до вимог ГОСТ 14255.

Згідно з ГОСТ Р 50345-99, автоматичні вимикачі поділяються на такі типи по струму миттєвого розчеплення:

Тип 'B': понад 3 ·I n до 5 ·I n включно (де I n - номінальний струм)
Тип 'C': понад 5 ·I n до 10 ·I n включно
Тип 'D': понад 10 •I n до 50 ·I n включно

У європейських виробників класифікація може дещо відрізнятися. Зокрема, є додатковий тип 'A' (понад 2·I n до 3·I n ) і верхня межа типу 'D' становить 20 ·I n .

У окремих виробників існують додаткові криві відключення. Наприклад, в АВВ є автоматичні вимикачі з кривими K (8 - 14·In) і Z (2 - 4·In), відповідні стандарту МЕК 60947-2.

Відключення може відбуватися без витримки часу або з витримкою. З власного часу відключення tс,о(проміжок від моменту, коли контрольований параметр перевершив встановлене для нього значення, до моменту початку розмикання контактів) розрізняють нормальні вимикачі (tс,о= 0,02-1 с), вимикачі з витримкою часу (селективні) і швидкодіючі вимикачі (tс,о<0,005 с).

Нормальні і селективні автоматичні вимикачі струмообмежуючою дією не володіють. Швидкодіючі вимикачі, так само як запобіжники, володіють струмообмежуючою дією, тому що відключають ланцюг до того, як струм в ньому досягне значення Іу.

Селективні автоматичні вимикачі дозволяють здійснити селективний захист мереж шляхом встановлення автоматичних вимикачів з різними витримками часу: найменшою у споживача і поступово зростаючою до джерела живлення.

Будова та принцип дії різних типів автоматичних вимикачів.

Автоматичний вимикач серії А-3100

Автоматичний вимикач серії А-3100 (з максимальними струмами 15-600 А) складається з кожуха, комутуючого пристрою, дугогасних камер, механізму управління і розчіплювачів максимального струму. Кожух автомата виконаний з пластмаси і має основу 1, на якій безпосередньо змонтовані всі частини автомата, і кришки 2. Комутуючий пристрій включає нерухомі 3 і рухомі 4 контакти. Нерухомі контакти укріплені на основі, а рухомі - на загальній ізолюючій траверсі 5.

Дугогасні камери 16 розташовані над контактами кожного полюса. Вони мають дві щоки з ізолюючого матеріалу і декілька металевих пластин, укріплених між щоками. Камери кріпляться або на нерухомому контакті, або в кришці кожуха.

Механізм управління складається з системи важелів, робочих і допоміжних пружин і привідної рукоятки 7. Комутаційний стан контактів автомата показується положенням рукоятки: у включеному положенні вона займає крайнє верхнє положення, у вимкненому - крайнє нижнее, а у відключеному розчіплювачами - середнє.

На малюнку автомат показаний у відключеному положенні після спрацьовування розчіплювача максимального струму. Для підготовки автомата до включення рукоятку 7 слід перемістити вниз, щоб фігурна деталь 6 повернулася і своїм нижнім кінцем увійшла до зчеплення із зубом важеля 11. Для включення автомата його рукоятку переміщають в крайнє верхнє положення.

При цьому змінюється напрям дії пружини 8. Важелі 9 і 15 обертаються відносно один одного, переміщаються вгору від мертвого положення і замикають контакти 3 і 4 автомата.

Автомат відключається при спрацьовуванні розчіплювачів максимального струму. За принципом дії розчіплювачі бувають: тепловими, електромагнітними і комбінованими, такими, що складаються з послідовно включеного теплового і електромагнітного розчіплювачів. В нашому випадку автоматичний вимикач з комбінованим розчіплювачем, а для прикладу автоматичний вимикач А-3161 має лише тепловий розчіплював.

Основним елементом теплового розчіплювача є біметалева пластина 12. Нагріваючись під дією струму перевантаження, що проходить через неї, пластина згинається. Її вільний правий кінець переміщається вниз і, долаючи зусилля пружини 10, обертається важіль 11. Зуб важеля виходить із зчеплення з фігурною деталлю 6. Під дією пружини 8 фігурна деталь обертається довкола своєї осі на деякий кут і змінюється положення важелів 9 і 15. Це викликає відключення автомата з витримкою часу, що знаходиться в зворотній залежності від сили струму. Отже, чим більше сила струму, що проходить через пластину, тим менше часу потрібно для відключення автомата.

Електромагнітний розчіплювач складається з якоря 14 і осердя з котушкою 13. При виникненні струму короткого замикання якір миттєво притягується до котушки. При цьому важіль 11 повертається, звільняє від зчеплення із зубом фігурну деталь 6 і автомат відключається без витримки часу.

В деяких типів автоматів електромагнітні розчіплювачі забезпечені гідравлічними сповільнювачами. По захисних властивостях вони аналогічні автоматам з комбінованими розчіплювачами, оскільки забезпечують відключення ланцюга, що захищається, з витримкою часу в зоні перевантажень і миттєве відключення при коротких замиканнях.

Автоматичні вимикачі серії А-3100 зняті з виробництва, проте досить часто зустрічаються в електроустановках.

Автоматичний вимикач серії А-3700

У автоматах деяких типів окрім розчіплювачів максимального струму є розчіплювач мінімальної напруги, що є електромагнітною системою з котушкою, включеною на фазну напругу. При зниженні напруги нижче допустимої величини мінімальний розчіплювач спрацьовує і відключає автомат. Такими є більш досконалі автоматичні вимикачі серії А-3700 (з максимальними струмами 16-600 А), що прийшли на заміну серії А-3100.

Принципова схема автоматичного вимикача показана на малюнку. Автомат знаходиться в стані відключення, так як головні контакти 3 і 4 розімкнені і струм комутації проходить через паралельний ланцюг розривних контактів 1. Завдяки такій конструкції дуга на головних контактах не утворюється і вони не підгорають. Розривні (дугогасні) контакти 1 розмикаються, коли головні контакти розходяться на достатню відстань. Дуга, що утворилася в результаті комутації ланцюга струму, гаситься в дугогасній камері. Для здобуття надійного контакту розривні і головні контакти мають контактні пружини 2.

Для включення автомата необхідно натиснути на рукоятку 11 (ручний привід) або подати напругу на електромагніт 10 (дистанційне включення), який важелями 12 повертає основну несучу деталь 5 в робоче положення. При цьому відключаюча пружина 13 розтягується і вся система встає на клямку 6.

Автомат забезпечує захист електроустаткування від короткого замикання і мінімальної напруги. При проходженні струму короткого замикання котушка 8 максимального розчіплювача впливає на котушку з рухомим сердечником і вибиває клямку 6. Під дією відключаючої пружини 13 автомат розриває комутований ланцюг.

Мінімальний розчіплювач має котушку 9, на яку подається напруга мережі, і пружину. При номінальній напрузі мережі їх зусилля врівноважуються і шток соленоїда не впливає на відключення автомата. При зниженні напруги мережі сила, що розвивається рухомим сердечником, недостатня, і його шток під дією пружини вибиває клямку 6. У автоматі передбачена можливість дистанційного відключення електроустаткування за допомогою кнопки SQ.

Автомати можуть містити електромагнітний або тепловий розчіплювач, а також комбінований розчіплювач з тепловим і електромагнітним елементами.

Принципова схема автоматичного вимикача серії А-3700: 1 - розривний контакт, 2, 7, 13 - пружини, 3, 4 - головні контакти, 5 - несуча деталь, 6 - клямка, 8, 9 - котушки мінімального і максимального розчіплювачів, 10 - електромагніт, 11 - рукоятка, 12 - важелі

Автоматичний вимикач сучасного виробництва.

Автоматичний вимикач сучасного виробництва (з максимальними струмами 6,3-100 А) для монтажу на DIN-рейку конструктивно виконаний у діелектричному корпусі. Включення-відключення проводиться важелем 1, проводи приєднуються до гвинтових клем 2. Защіпка 9 фіксує корпус вимикача на DIN-рейці і дозволяє при необхідності легко його зняти (для цього потрібно відтягнути засувку, вставивши викрутку в петлю засувки). Комутацію ланцюга здійснюють рухомий 3 і нерухомий 4 контакти. Рухомий контакт підпружинений, пружина забезпечує зусилля для швидкого розчеплення контактів. Механізм розчеплення приводиться в дію одним з двох розчіплювачів: тепловим або магнітним.

Тепловий розчіплювачявляє собою біметалеву пластину 5, що нагрівається протікаючим струмом. При протіканні струму вище допустимого значення біметалева пластина вигинається і приводить в дію механізм розчеплення. Час спрацьовування залежить від струму (часострумова характеристика) і може змінюватися від секунд до години. Мінімальний струм, при якому має спрацьовувати за час не більше 1 години (при In≤ 63 А) або 2 годин (при In> 63 А), ГОСТ Р 50345-99, розділ 8.6.1. тепловий роз'єднувач, становить 1,45 від номінального струму запобіжника. Налаштування струму спрацьовування виконується в процесі виготовлення регулюючим гвинтом 6. На відміну від плавкого запобіжника, автоматичний вимикач готовий до наступного використання після охолодження пластини.

Автоматичний вимикач ВА47-29: 1 - важіль, 2 - гвинтові клеми, 3, 4 - рухомий і нерухомий контакти, 5 - біметалева пластина, 6 - регулювальний гвинт, 7 - соленоїд, 8 - дугогасна решітка, 9 - защіпка для DIN - рейки

Магнітний (миттєвий) розчіплювачявляє собою соленоїд 7, рухомий сердечник якого також може приводити в дію механізм розчеплення. Струм, що проходить через вимикач, тече по обмотці соленоїда і викликає втягування осердя при перевищенні заданого порогу. Миттєвий роз'єднувач, на відміну від теплового, спрацьовує дуже швидко (частки секунди), але при значно більшому перевищенні струму: в 2 ÷ 10 разів від номіналу, залежно від типу (автоматичні вимикачі поділяються на типи A, B, C і D залежно від чутливості миттєвого розчіплювача).

Під час розчеплення контактів може виникнути електрична дуга , тому контакти мають особливу форму і знаходяться поряд з дугогасною камерою 8.

Подробнее ...

ТЕМА 6.5 - КОНТАКТОРИ. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ПУСКАЧІ.

Урок №53. Контактори. Електромагнітні пускачі.

Електричні апарати напругою до 1000 В.Електромагнітні пускачі, призначення та галузь застосування. Основні типи і серії пускачів. Електричні механізми електричних апаратів. Їх призначення, основні типи і будова. Магнітні системи постійного і змінного струмів. Обмотки електромагнітів.

Комутаційний електромагнітний апарат призначений для дистанційних включень і відключень силових електричних кіл при нормальних режимах роботи, називають контактором.

Комбінований апарат дистанційного керування, який складається з контактора, доповненого тепловим реле, і який суміщає в собі функції апаратів керування та захисту, називають магнітним пускачем.

Магнітні пускачі призначені, головним чином, для дистанційного керування трифазними асинхронними електродвигунами з короткозамкненим ротором, а саме:

- для пуску безпосереднім підключенням до мережі та зупинки (відключення) електродвигуна (нереверсивні пускачі);

- для пуску, зупинки і реверсу електродвигуна (реверсивні пускачі). Крім цього, пускачі в виконанні з тепловим реле здійснюють також захист керованих електродвигунів від перевантажень неприпустимої тривалості робочого циклу.

Магнітні пускачі відкритого виконання призначені для установки на панелях, у закритих шафах та інших місцях, захищених від попадання пилу і сторонніх предметів.

Магнітні пускачі захищеного виконання служать для встановлення всередині приміщень, в яких навколишнє середовище не містить значної кількості пилу.

Магнітні пускачі пилобризконепроникного виконання використовують як для внутрішнього, так і для зовнішнього встановлення в місцях, захищених від сонячних променів і від дощу (під навісом).

Досить часто магнітні пускачі використовують і без теплових реле. Дуже важко провести чітку границю між контактором та магнітним пускачем. Проте, є певні відмінності в будові цих апаратів і, як правило, в позначеннях магнітних пускачів є літери ПМ або ПА, а контакторів – КТ. Також контактори, як правило, використовуються на струми 50-250 А (магнітні пускачі - до 40 А) і мають більші розміри, порівняно з магнітними пускачами. Контактор має дугогасильну камеру на відміну від магнітного пускача. І, нарешті, остання відмінність - це наявність у контактора більше трьох силових контактів, оскільки, згідно визначення, контактор використовується для комутації будь-яких силових кіл, а магнітний пускач - для пуску, зупинки, реверсу трьохфазних двигунів. Дізнатися відомості про електричний апарат можна також за допомогою довідників. Хоча в сучасному виробництві такі відмінності дуже сильно згладжуються – чітких позначень немає, будова мало чим відрізняється і в довідниках можуть бути відсутні відомості. Найкраще визначати згідно заводської назви.


Магнітний пускач ПМА-310: а – вид спереду; б – вид збоку; в – вид зверху.

Розрізняють контактори з прямоходовою магнітною системою та з поворотним якорем.

Магнітні пускачі, як правило, побудовані з прямоходовою магнітною системою, хоча і зустрічаються з поворотним якорем (ПА). Розглянемо контактор з прямоходовою магнітною системою та магнітний пускач серії ПМА.

Принцип дії та будова контактора з прямоходовою магнітною системою.

У контакторах з прямоходовою магнітною системою нерухомою частиною є осердя 7 з котушкою 6, які встановлюються нерухомо на основі 9. Рухомою частиною контактора є якір 4, який зв'язаний з головними рухомими та допоміжними контактами.

При подачі напруги на котушку контактора виникає магнітне поле, під дією якого рухома магнітна система притягується до нерухомої. Тобто якір притягується до осердя, а рухомі контакти — до нерухомих. Таким чином забезпечується проходження електричного струму в силовому й допоміжному колі контактора. На головні та допоміжні контакти контактора встановлено пружини для створення необхідного натискування і зменшення перехідного опору контактів. Допоміжні розмикаючі й замикаючі контакти призначені для роботи в електричних колах керування.

При розмиканні головних контактів на великих струмах виникає електрична дуга, яка може призвести до руйнування контактної системи. Тому головні контакти контактора, що працюють при великих силах струму обладнують дугогасильними камерами з жаростійкого ізоляційного матеріалу. В контактора на попередньому малюнку вони відсутні.

У контакторах постійного струму осердя і якір виконують суцільнометалевими, а у контакторах змінного струму — шихтованими, тобто набраними з окремих ізольованих пластин електротехнічної сталі.

При проходженні змінного струму по котушці контактора у магнітній системі виникає магнітний потік, який періодично проходить через нуль. Це викликає вібрацію та гудіння магнітної системи, оскільки контактор живиться змінним струмом. Щоб зменшити це явище, на торці осердя контактора змінного струму встановлюють мідний короткозамкнений виток. Він охоплює приблизно 1/3 площі торця осердя контактора. Коли основний магнітний потік проходить через нуль, його величина швидко змінюється і тому в короткозамкненому витку утворюється максимальна е.р.с. У цьому разі короткозамкнений виток є вторинною обмоткою трансформатора. У короткозамкненому витку е.р.с. утворює струм, що сприяє утворенню магнітного потоку Фд, який замикається через осердя та якір і перешкоджає відпаданню якоря при переході основного потоку через нуль. Таким чином зменшується вібрація магнітної системи контактора.

Принципова схема електромагнітного контактора з прямоходовою магнітною системою: а — будова магнітного контактора; б — короткозамкнений виток у магнітній системі контактора; 1 і 8 — пружини; 2 — рухомі контакти; 3 — нерухомі контакти; 4 — якір; 5 — короткозамкнений виток; 6 — котушка; 7 — осердя; 9 — основа.

При знятті напруги з котушки контактор вимикається, і під дією пружини 8 якір повертається у початкове положення.

Принцип дії та будова магнітного пускача серії ПМА.

Будова та принцип дії аналогічні розглянутому вище контактору з прямоходовою магнітною системою. Різницею є наявність додаткових контактів (блок - контактів) нормально замкнутих і нормально розімкнутих, що слугують для управління вторинним колом пускача, а також лише три силових контакти - це і є однією з основних відмінностей між контактором та магнітним пускачем.

При підключенні магнітного пускача або контактора до електричного кола слід звертати увагу на номінальну напругу котушки. Котушки магнітних пускачів та контакторів виготовляють на напруги 24; 36; 127; 220; 380 В.

	Магнітний пускач серії ПМА: 1 — пружина; 2 — рухомі контакти; 3 — нерухомі контакти; 4 — якір; 5 — короткозамкнений виток; 6 — котушка; 7 — осердя; 9 — основа.
	Теплове реле ТРН: 1 - нагрівач; 2 - біметалева пластина; 3 - регулювальний гвинт; 4 - защіпка; 5 - важіль; 6 - пружина; 7 - кнопка повернення; 8 - рухомий контакт; 9 - нерухомий контакт; 10 - вивід нагрівача

Широкого поширення набули термореле з біметалічною пластиною. У основі роботи реле теплового лежить явище деформації біметалічної пластини при її нагріві. Прогинаючись, біметалічна пластина своїм вільним кінцем впливає на контактну систему. Біметалічна пластина складається з двох пластин, одна з яких має більший температурний коефіцієнт розширення, а інша - менший. У місці прилягання один до одного пластини жорстко скріплені між собою прокатом в гарячому стані або зварюванням. При нагріванні відбувається вигин пластини з великим температурним коефіцієнтом розширення у бік матеріалу з меншим. Нагрів біметалічного елементу може виконуватися від тепла, що виділяється в пластині, за рахунок протікання струму навантаження і від спеціального нагрівача, по якому протікає струм навантаження.

Кращі характеристики досягаються при використанні комбінованого нагріву, коли пластина нагрівається і за рахунок тепла, що виділяється струмом, що проходить через біметал, і за рахунок тепла, що виділяється спеціальним нагрівачем. В нашому випадку в реле ТРН використовується лише спеціальний нагрівач.

Також потрібно враховувати температуру довкілля, оскільки із зростанням температури довкілля струм спрацьовування термореле зменшується. При температурі, що сильно відрізняється від номінальної, необхідно або проводити додаткове регулювання, або підбирати нагрівальний елемент з врахуванням реальної температури довкілля. Основною характеристикою термореле є залежність часу спрацьовування від струму навантаження.

Двофазне теплове реле ТРН використовується, як правило, на магнітних пускачах в асинхронних двигунах. Його особливістю є можливість використання в мережах постійного струму.

Теплові реле серії ТРН двополюсні з температурною компенсацією - для захисту асинхронних електродвигунів від недопустимих перевантажень.

Теплові елементи реле ТРН-8А (ТРН-10А) складаються з термобіметалічної пластини із закріпленим на ній незмінним нагрівачем, а теплові елементи реле решти типів - з термобіметалічної пластини з розташованим під нею змінним нагрівачем, прикріпленим двома гвинтами до силових затисків реле. Нагрівачі закривають легкознімною кришкою, яка стримується пружиною.

Схема пристрою і принципу роботи реле показана на попередніх малюнках. Реле складається з нагрівального елементу 1, що включається послідовно в одну з фаз ланцюга електродвигуна, біметалічної пластини 2, що утримує спусковий механізм 4, 5, нормально замкнутих контактів 8, 9, які включаються послідовно в ланцюг котушки пускача. При збільшенні струму в результаті перевантаження двигуна температура нагрівального елементу зростає. Під впливом тепла, що виділяється нагрівачем термобіметалічний елемент деформується, його ліва частина, відхиляючись убік впливає на розмикаючі контакти і розриває ланцюг живлення утримуючої котушки, внаслідок чого пускач відключається. Теплове реле забезпечене пристроєм для ручного повернення контактів, після закінчення часу, необхідного для охолодження термобіметалічного елементу після спрацьовування, що складається з системи важелів, керованих кнопкою 7. Встановлюваний в тепловому реле нагрівач є змінною деталлю і підбирається по номінальному струму електродвигуна, що захищається. Струм спрацьовування реле може змінюватися в певних межах за допомогою регулятора 3 уставок струму. Межі регулювання струму спрацьовування вказані на шкалі уставок струму, розташованій у верхній частині реле.

Традиційний тепловий захист за допомогою налагоджених теплових реле добре захищає електродвигун лише від перевантажень по струму, але ненадійно - при обриві фази, при включенні двигуна із загальмованим ротором і зовсім не реагує на порушення охолоджування.

Для всіх типів теплових реле зі змінними нагрівачами передбачається комплект таких нагрівачів з певними номінальними струмами. Нагрівачі відрізняються фіксатором (наявністю і місцем розташування), настановними розмірами і формою місць кріплення, чим забезпечується вільна (без підгонки) установка нагрівачів лише в реле того типа, для якого вони призначені.

Кожен нагрівач має маркування (позначає величину номінального струму теплового елементу), а в реле з незмінними нагрівачами номінальний струм теплових елементів позначається або на корпусі реле, або на наконечниках.

Межі регулювання номінального струму уставки (при крайніх положеннях регуляторів) складають для реле ТРН-8А і ТРН-10А (0,8... 1,25) In, а для реле решти типів - (0,75... 1,3) In.

Тип реле і номінальний струм теплового елементу вибирають з умов, аби максимальний струм тривалого режиму реле (з даним тепловим елементом) був не менш номінального струму електродвигуна, що захищається, струм уставки реле дорівнював номінальному струму електродвигуна (або дещо більше цього струму - в межах 5%), а запас на регулювання струму уставки як у бік його збільшення, так і у бік зменшення був невеликим. Струм уставки визначається з того, що кожне з 10 ділень уставки (по 5 ділень вліво і вправо від нульової позначки) відповідає в середньому 5% номінального струму теплового елементу.

Подробнее ...

ТЕМА 6.4 - ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНЕ РЕЛЕ.

Урок №52. Електромеханічне реле.

Електричні апарати напругою до 1000 В. Електричні реле, призначення та класифікація за принципом дії. Основні параметри, приклади будови і застосування.Електричні механізми електричних апаратів. Їх призначення, основні типи і будова. Магнітні системи постійного і змінного струмів. Обмотки електромагнітів.

Реле – це автоматично діючий апарат, що стрибкоподібно змінює стан керованого ланцюга при заданому значенні впливаючої величини. Основними конструктивними частинами реле є сприймаюча і виконавча. До сприймаючої підводиться впливаюча величина, а виконавча стрибкоподібно змінює стан управляючого ланцюга. У електричних реле впливаючими є електричні величини: струм, напруга, потужність, частота струму та ін.

Розрізняють вимірювальні (захисту) і логічні (управління) реле. Вимірювальні реле призначені для спрацьовування з певною точністю при заздалегідь встановленому значенні впливаючої величини, по її виду розділяють на струмові, напруги, потужності і т. д. Логічні реле служать для розмноження і посилення сигналів (проміжні), що поступають до них, створення витримки часу (реле часу) і реєстрації дії пристроїв РЗА (вказівні).

У залежності від включення сприймаючої частини в керований електричний ланцюг безпосередньо або через вимірювальні трансформатори розрізняють первинні і вторинні реле.

По характеру дії на вимикачі керованого електричного ланцюга реле бувають прямої і непрямої дії. Перші безпосередньо діють на механізм привода вимикача, а інші – через проміжний елемент (відключаючий електромагніт, контактор ланцюга включення та ін.).

Розглянемо загальний принцип дії та будову електромеханічного реле, на основі якого побудовані всі інші види реле.

Якщо на обмотку 2 реле подати управляючу напругу, то під дією електромагнітної сили якір 5 притягнеться до сердечника 1 і виконавчі контакти реле змінять своє положення: верхні - розімкнуться, а нижні - замкнуться.

Якщо управляючу напругу з обмотки відключити, то під дією протидіючої пружини 4 якір і контакти реле повертаються у вихідне положення: верхні - замикаються, нижні - розмикаються. Таким чином, залежно від управляючої напруги положення контактів реле змінюється стрибкоподібно.

. Електромагнітне реле постійного струму: а - конструкція, б - тягова характеристика, 1 - сердечник, 2 - обмотка, 3 - магнітопровід, 4 - пружина, 5 - якір, 6 - контакти.

Для електромагнітних реле постійного струму в якості магнітопроводів і сердечників застосовується м'яка електротехнічна сталь, тобто матеріал з великою магнітною проникністю. Тяговою характеристикою реле є електромеханічна характеристика реле F=f(δ), де F - сила притягання якоря, δ - величина повітряного зазору між якорем і сердечником.На попередньому малюнку, б представлена електромеханічна характеристика реле, з якої виходить, що чим менше повітряний зазор δ, тим більше сила притягання якоря F до сердечника реле.

Залежно від потужності контактних груп контакти виготовляють із золота, срібла, платини, вольфраму і т. д. Ці матеріали володіють високою температурою плавлення, механічною міцністю, електропровідністю і малою окислюваністю.

Найбільш поширеним матеріалом для контактних груп середньої потужності є срібло; контакти великої потужності виготовляють з вольфраму. Для плавності ходу контактних груп і надійності їх електричних контактів вони зміцнюються на пружних плоских пластинах або пружинах.

Для зменшення іскроутворення на контактах реле застосовують іскрогасні ланцюги, що складаються з ємності і опору, які включаються паралельно контактам реле.На попередньому малюнку показані схеми іскрогасних ланцюгів контактів реле. При розмиканні контактів реле ємність С заряджається або розряджається через опір R, тим самим зменшуючи напругу між управляючими контактами реле Р.

Електромагнітне реле змінного струму за принципом дії аналогічно реле постійного струму. Проте ярмо, якір і сердечник виготовляють лише з листової електротехнічної сталі, для того, щоб за рахунок конструкції зменшити вихрові струми і втрати на гістерезис (перемагнічування сталі). Характерною особливістю реле напруги змінного струму є незалежність електромеханічної характеристики реле від величини повітряного зазору, тобто F=f(δ)=const. Істотним недоліком реле даного типа є вібрація якоря і іскріння контактів з подвійною частотою зміни сили притягання F. Це пояснюється тим, що при змінному струмі сила притягання F міняється по синусоїдальному закону: F=Fwsin2ωt, де Fw - амплітуда сили притягання, ωt - кутова частота, (ωt)=2πft, f - частота змінного струму.

Реле змінного струму: 1 - обмотка, 2 - магнітопровід, 3 - контакти, 4 - якір, 5 - мідний виток, 6 - полюсний наконечник.

Для боротьби з явищем вібрації якоря застосовується така конструкція реле змінного струму , при якій полюсний наконечник 6 роздвоєний і на ньому встановлюється короткозамкнений мідний виток 5. Під дією напруги котушки частина магнітного потоку наводить е.р.с. у мідному короткозамкненому витку, яка створює в ньому струм і свій магнітний потік. Цей магнітний потік, взаємодіючи з основним магнітним потоком котушки, утримує якір притягнутим, не допускаючи вібрації якоря і іскріння контактів.

Подробнее ...

ТЕМА 6.3 - НЕАВТОМАТИЧНІ АПАРАТИ.

Урок №51. Неавтоматичні апарати.

Електричні апарати напругою до 1000 В. Плавкі запобіжники.

Неавтоматичні вимикачі, резистори, реостати, контролери і командо-апарати. Призначення апаратів. Їх конструкція, основні типи і параметри.

Під ручним управлінням мається на увазі включення або відключення апаратів обслуговуючим персоналом. Основними апаратами ручного управління є рубильники, пакетні вимикачі і перемикачі, контроллери і командоконтролери, кнопки.

Рубильники - прості апарати ручного управління, що випускаються одно-, двух- і триполюсними. Комутуючим елементом рубильників є рухливий ніж, що входить при включенні в губки контактних стійок. Основний принцип дії рубильників зберігається для рубильників складніших конструкцій, що використовуються в системах управління устаткуванням.

У ряді випадків один апарат може поєднувати декілька функцій, наприклад в деяких сучасних рубильниках як ножі використовують запобіжники. Такі рубильники одночасно виконують функції комутації і захисту. Блоковий рубильник-запобіжник БПВ містить три запобіжники 3, укріплених на загальній траверсі. При його включенні запобіжники переміщаються разом з траверсой і їх ножами входять в губки 1 і 4 контактних стійок. Ці рубильники випускають в закритому виконанні, причому відкидна кришка має механічне блокування з рукояткою: відкрити кришку можна лише при відключеному положенні рукоятки, а включити рукоятку - лише при закритій кришці.

Блок запобіжник-вимикач БПВ-34: 1, 4 - верхні і нижні губки вимикача; 2 - рукоятка; 3 - запобіжник

Плавкі запобіжники слугують найпростішими апаратами захисту електроустановок від перевантажень і коротких замикань. У кожному запобіжнику є плавка вставка, яка є ослабленою ділянкою електричного кола і вибирається так, щоб при збільшенні струму більше допустимого вона розплавлялася і тим самим розривала коло електроустановки, що захищається.

Плавкі запобіжники мають залежну струмочасову характеристику, тобто час розплавлення їх плавкої вставки залежить від струму, що проходить: чим більше струм, тим швидше розплавляється плавка вставка. З характеристики видно, щопоки струм не перевищує Імін плавка вставка не плавиться, і лише після перевищення цього значення вона буде розплавлятися тим швидше, чим більше струм.

Випускаються трубчасті запобіжники ПР-2, ПН, ПП, НПН (крім НПН вони всі розбірні). Запобіжники ПН-2, ПП-17 і ПП-18 можуть постачатися з покажчикомспрацьовування і замикаючим контактом допоміжного кола, з покажчиком спрацьовування і розмикаючим контактом допоміжного кола, без покажчика спрацьовування і контактів допоміжного кола. Всі запобіжники, окрім ПР-2, заповнені кварцовим піском і встановлюються у вертикальному або горизонтальному положенні.

Плавкий запобіжник: а - характеристика, б - влаштування, в - плавка вставка, 1 - затиск, 2 - контактний ніж, 3 - губка, 4 - накидна гайка, 5 - металева втулка, 6 - фіброва втулка

Запобіжники випускають на наступні номінальнінапруги і струми: ПР-2- до500 В і від 10 до 1000 А (плавкі вставки - на струми від 6 до 1000 А); НПН-60- до500 В і 60 А (плавкі вставки - від 6 до 60 А); ПН-2- до380 В і від 100 до 600 А (плавкі вставки - від 30 до 600 А); ПП-17 - до 380 В і 1000 А (плавкі вставки - від 500 до 1000А); ПП-18- до660 В і від 160 до 1000 А (плавкі вставки - від 50 до 1000 А).

Номінальний струм плавкої вставки має бути не менше розрахункового струму кола, що захищається. Для настройки від пускових струмів електродвигунів струм плавкої вставки Івстповинен бути в 2,5 рази менше пускового струму Іп двигуна, якщо частота пусків невелика і їх тривалість не більше 2 с; при більшій частоті пусків або їх тривалості більше 2 с струм Івст = Іп/(1,6÷2,0).

Для забезпечення селективності дії плавкі вставки вибирають, користуючись струмочасовими характеристиками запобіжників з врахуванням можливого їх розкиду за даними завода-виробника. Плавкі вставки запобіжників калібрують так, щоб при нижньому значенні випробувального струму вони не плавилися, а при верхньому плавилися протягом 1 год.

Пакетні вимикачі і перемикачі застосовують для комутації в ланцюгах управління і сигналізації, в схемах пуску і реверсу двигунів невеликої потужності, перемикання обмоток асинхронних двигунів із зірки на трикутник. Пакетний вимикач складається з ряду шарів - пакетів 3, усередині яких знаходяться рухливий 5 і нерухомі 4 контакти. Рухливий контакт 5 закріплений на осі 2, що обертається за допомогою рукоятки 1 і що має ряд фіксованих положень, в яких замикаються нерухомі контакти одного з пакетів. Виводи 6 нерухомих контактів закріплено в корпусі вимикача. Недолік таких пакетних вимикачів - низька надійність ковзаючих контактів.

Пакетні вимикачі кулачкового типа, в яких електричний ланцюг замикається нерухомими контактами, позбавлені такого недоліку. Рухливими контактами є діелектричні кулачки, які залежно від їх конфігурації і положення осі вимикача замикають контакти.

Пакетний вимикач: 1 - рукоятка; 2 - вісь; 3 - пакети; 4, 5 - нерухомі і рухомі контакти; 6 - виводи

Барабанний контролер: 1 - барабан; 2, 3 - рухомі і нерухомі контакти

Контролери, близькі за принципом дії і функціями до пакетних вимикачів, застосовують для перемикань в потужних електричних ланцюгах за певною програмою. З їх допомогою здійснюється комутація в ланцюгах деяких кранів і інших механізмів, де програма роботи задається контролерами.

Розрізняють контролери барабанні і кулачкові. Комутація ланцюгів в барабанному контролері здійснюється при обертанні барабана 1 і замиканні рухливих 2 і нерухомих 3 контактів. Рухливі контакти виконані з міді або бронзи і відокремлені від барабана діелектричним матеріалом. Наявність ковзаючого контакту, як вже наголошувалося, різко знижує надійність апарату, тому частіше застосовують кулачкові контролери, що мають нековзні контакти, на які впливають фасонні кулачки. Пристрій однієї з секцій кулачкового контроллера показаний на малюнку. При повороті кулачка 3, ролик 2 знаходиться або на кулачку, або потрапляє в його виріз. Коли ролик котиться по кулачку, контакти 1 і 6 розведені і знаходяться в розімкненому стані. При попаданні ролика у виріз контакти під впливом пружин 4 і 5 замикаються.

Секція кулачкового контролера: 1, 6 - нерухомий і рухомий контакти; 2 - ролик; 3 - кулачок; 4, 5 - пружини

Командоконтролери, що є невеликими кулачковими контролерами, застосовують для перемикання в малопотужних ланцюгах управління. Кнопки застосовують для замикання і розмикання електричних ланцюгів в схемах управління. Виготовляють кнопки різноманітних конструкцій (з різним набором замикаючих і розмикаючих контактів): з самоповерненням у вихідне положення; з клямками, що фіксують положення після натиснення; що включаються спеціальним ключем і ін.

Апарат, що складається з неіндуктивного (омічного) опору і комутуючого пристрою, за допомогою якого можна регулювати цей опір, називають реостатом.

Залежно від призначення розрізняють реостати пускові (для пуску електродвигунів), пускорегулювальні (для пуску, і регулювання частоти обертання електродвигунів) і збудження (для регулювання напруги генераторів). Одним з основних елементів, що визначають конструктивне виконання реостата, є матеріал, з якого виконані його опори (резистори). Розрізняють реостати металеві, рідинні і вугільні.

У реостаті електрична енергія перетворюється на тепло, яке відводиться від резисторів шляхом їх охолодження. За способом охолодження резисторів реостати можуть бути з повітряним, масляним або водяним охолодженням.

Пусковий реостат постійного струму: а - вигляд спереду, б - вигляд збоку; 1 - рухомий контакт, 2 - лінійний контактор, 3 - максимальне реле, 4 - панель, 5 - контактна шина, 6 - нерухомі контакти ступенів резисторів, 7 - підставка реостата, 8 - траверса, 9 - маховик приводу, 10 - кришка, 11 - елементи опору (резистори)

Резистори реостатів: а - рамковий з дроту, б - рамковий із стрічки, в - литий чавунний, г - каркасний; 1 - вивід, 2 - дріт, 3 - стрічка, 4 - рамка, 5 - ізольований стрижень, 6 - ізолятор пакету, елементів, 7 - ізоляційна міжелементна шайба, 8 - чавунні елементи, 9 - опорна стійка, 10 - трубчастий каркас з фарфору.

В електроустановках промислових підприємств застосовують переважно реостати з металевими резисторами з повітряним або масляним охолоджуванням, що пояснюється простотою їх конструкції, можливістю застосування в різних умовах роботи, а також великою експлуатаційною надійністю. Переважна більшість пускових і пускорегулювальних металевих реостатів загальнопромислового призначення виконані із ступінчастим включенням резисторів.

Пристрій пускового металевого реостата постійного струму показаний на мал. 51.7, а, б. Резистори реостатів виготовляють з металів, що володіють великим питомим електричним опором, температурною стійкістю, механічною міцністю і корозійною стійкістю. До цих металів відносять фехраль і ніхром з питомими опорами 1,18 і 1,13 Ом·мм2/м і максимально допустимою температурою нагріву 850 і 1000 °С відповідно. Меншим питомим електричним опором (0,8 Ом·мм2/м) і нижчою допустимою температурою нагріву (400 °С) володіє чавун. Резистори з чавуну широко застосовують в реостатах різного призначення через простоту їх виготовлення (шляхом лиття) і порівняно низької вартості. Резистори пускових і пускорегулювальних реостатів найчастіше є набором рамкових елементів, обмотаних дротом (мал. 51.8, а, б) або стрічкою, рідше – литих чавунних (мал. 51.8, в). У ряді реостатів використовують каркасні елементи з намотаною на них дротяною спіраллю (мал. 51.8, г). Металеві резистори реостатів ушкоджуються дуже часто.

Подробнее ...

ТЕМА 6.2 - ЕЛЕКТРИЧНІ КОНТАКТИ. ПРИРОДА ВИНИКНЕННЯ І ГОРІННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ДУГИ.

Урок №50. Електричні контакти. Природа виникнення і горіння електричної дуги.

Електричні контакти, основні поняття. Типи контактів. Їх класифікація за призначенням. Матеріали контактів.

Природа виникнення і горіння електричної дуги. Способи гасіння дуги. Дугогасильні пристрої та їх конструкція при різних способах гасіння.

В комутаційних і електромеханічних елементах, які призначені для перемикання електричних кіл при ручному і автоматичному управлінні, базовим є контактний вузол. Саме надійність контактного вузла визначає працездатність будь-якої комутаційної апаратури.

Контактний вузол складається з рухомого і нерухомого контактів. Ці контакти можуть знаходитись у замкненому і розімкненому стані. В замкненому стані опір між контактами повинен бути мінімальним.

Цей опір називають опором контактного переходу. Здавалося б, для того, щоб забезпечити малий опір контактного переходу, потрібно збільшити площу зіткнення контактів. Однак, навіть при дуже ретельній шліфовці на поверхні контактів залишається багато мікровиступів і мікрозападин.

Зміна опору контактного переходу в залежності від зусиль натиску

Тому площа поверхні, що реально контактує менша за площу контактів. Для того, щоб збільшити поверхню, що реально контактує, потрібно прикласти силу, яка притисне контакти один до одного. В першу мить при зближенні контактів вони стикаються лише в одній точці, площа якої дуже мала, а опір контактного переходу великий. Зусилля натиску F створює на малій площі більший тиск, що призводить до зім'ятості матеріалу контактів, збільшенню площі зіткнення і появі нових точок зіткнення. Питомий тиск зменшується, і процес наближення контактів і зім'ятості їх матеріалу закінчується тоді, коли цей питомий тиск зрівнюється з межею міцності матеріалу на зім'ятість. Характер залежності опору контактного переходу Rk від питомого контактного тиску Fn показує, що збільшення Fn доцільно лише до певної межі, при якій опір Rk вже достатньо близький до мінімально можливого, що визначається електропровідністю матеріалу контактів. Через замкнені контакти проходить струм І і вони нагріваються під дією теплоти, що виділяється і відповідає потужності втрат в контактному переході: Рk=І2 Rk Тому допустиме значення струму, що проходить через контакти, залежить від термічної міцності контактів і від умов тепловідводу, тобто від конструкції і розмірів контактів.

В розімкненому стані опір контактів повинен наближатись до нескінченності (практично мільйони Ом), що забезпечується ізолювальними властивостями середовища в контактному проміжку і відстанню між контактами. В розімкненому стані під дією хімічного впливу навколишнього середовища відбувається корозія контактів. Ця корозія полягає у виникненні оксидних (під дією кисню повітря) і сульфідних (під дією сірки повітря) плівок. В деяких матеріалах (наприклад, в міді) ці плівки мають великий опір, що призводить до збільшення опору контактного переходу при замиканні контактів.

Найбільш складний режим роботи контактів пов'язаний з розмиканням електричного кола, оскільки при розмиканні контактів між ними виникає електрична дуга. При цьому відбувається розплавлення контактів і їх зношування, яке називається електричною ерозією.

Таким чином, під час роботи контакти підлягають механічному стиранню, хімічній корозії та електричній ерозії. Зменшити негативний вплив цих факторів можна при правильному виборі конструкції контактів і їх матеріалу.

Конструктивні типи контактів.

наведений важільний контактний вузол, який складається з двох плоских пружин з нерухомим 1 і рухомим 2 контактами.

За формою поверхонь, що контактують всі конструкції контактів можуть бути розділені на три основних типи: точкові, лінійні і площинні. Точкові контакти мають вигляд конусів або напівсфер, які стикаються з площиною або напівсферою в одній точці. Такі контакти призначені для перемикання малих струмів. Лінійні контакти мають вигляд двох циліндричних поверхонь або призми і площини, що стикаються по лінії. Вони призначені для середніх і великих струмів. Площинні контакти мають стикання по площині і призначені для великих струмів.

Контактні вузли включають, окрім контактів, кручені або плоскі пружини, які забезпечують силу натискання між контактами.

Пружини жорстко закріплені одним кінцем в ізоляційній основі 3. Переміщення рухомого контакту 2 відбувається під впливом упора 4. Після того, як рухомий контакт 2 переміститься на величину розхилу контактів Хо, відбудеться замикання контактів. Обидві пружини отримають додатковий прогин на величину прогину контактів Хп, оскільки рух упора 4 трохи подовжиться. За рахунок цього відбудеться прослизання контактів (його ще називають притиранням), яке необхідне для знищення пилу і оксидної плівки з поверхні контактів.

На малюнку показаний мостовий контактний вузол, який забезпечує розрив електричного кола в двох місцях, що підвищує надійність роботи. При переміщенні упора 1, місток з двома рухомими контактами 3 переміщується в напрямку двох нерухомих контактів 4 до стикання контактів. Кручена пружина 2 забезпечує зусилля притискання і можливість самовстановлення рухомих контактів відносно нерухомих, що компенсує зношування контактів і деякі неточності при їх виготовленні. Повний хід упора 1 складається з розхилу контактів Хо і провалу Хп.

Мостовий контактний вузол

На малюнку наведений важільний контактний вузол з шарнірним закріпленням рухомого контакту 2, який торкається нерухомого контакту 3 по лінії. Контактне натискання відбувається за допомогою пружини 4.

Переміщення рухомого контакту відбувається при обертанні важеля 1 проти годинникової стрілки відносно осі О1. Спочатку рухомий контакт 2 переміщується на величину розхилу контакту до стикання з нерухомим контактом 3 в точці А.

Після цього рухомий контакт здійснює складний рух, обертаючись одночасно відносно осі О2 і разом із важелем 1 відносно осі О1. В результаті рухомий контакт 2 перекочується по нерухомому 3. В замкненому стані контактування відбувається в точці В. Перекочування сприяє очищенню контактів від окисних плівок, а головне - точка В не підлягає електричній ерозії під час розмикання контактів.

Матеріали контактів.

Обираючи матеріал контактів, необхідно забезпечити виконання ряду вимог: велику механічну стійкість, високу температуру плавлення, високу теплопровідність і електропровідність, стійкість проти корозії та ерозії. Низька вартість бажана, але вона не відноситься до основних вимог. Основні вимоги - це ті, які забезпечують високу надійність. Відомі випадки, коли відмова лише одного контакту призводить до втрат, які в мільйони разів перевищують вартість цього контакту.

Перерахованим вище вимогам найбільшою мірою задовольняють срібло, золото, платина та їх сплави - вольфрам, мідь.

Природа виникнення і горіння електричної дуги. Способи гасіння дуги.

При розмиканні електричного кола виникає електричний розряд у виглядіелектричної дуги. Для появи електричної дуги достатньо, щоб напруга на контактах була вище 10 В при струмі в ланцюзі порядку 0,1 А і більше. При значних напругах і струмах температура всередині дуги може досягати 10 ... 15 тис. 0С , в результаті чого плавляться контакти і струмопровідні частини.

При напругах 110 кВ і вище довжина дуги може досягати декількох метрів. Тому електрична дуга, особливо в потужних силових ланцюгах, на напругу вище 1 кВ являє собою велику небезпеку, хоча серйозні наслідки можуть бути і в установках на напругу нижче 1 кВ. Внаслідок цього електричну дугу необхідно максимально обмежити і швидко погасити в ланцюгах на напругу як вище, так і нижче 1 кВ.

Причини виникнення електричної дуги.

	Процес утворення електричної дуги спрощено може бути представлено таким чином. При розбіжності контактів спочатку зменшується контактний тиск і відповідно контактна поверхня, збільшуютьсяперехідний опір, щільність струму і температура - починаються місцеві (на окремих ділянках площі контактів) перегріви, які надалі сприяють термоелектронній емісії, коли під впливом високої температури збільшується швидкість руху електронів і вони вириваються з поверхні електрода. У момент розбіжності контактів, тобто розриву ланцюга, на контактному проміжку швидко відновлюється напруга, оскільки при цьому відстань між контактами мала, виникаєелектричне поле високої напруженості, під дією якого з поверхні електрода вириваються електрони. Вони розганяються в електричному полі і при ударі в нейтральний атом віддають йому свою кінетичну енергію. Якщо цієї енергії достатньо, щоб відірвати хоча б один електрон з оболонки нейтрального атома, то відбувається процес іонізації. Утворені вільні електрони і іони складають плазму стовбура дуги, тобто іонізований канал, в якому горить дуга і забезпечується безперервний рух частинок. При цьому негативно заряджені частинки, в першу чергу електрони, рухаються в одному напрямку (до анода), а атоми і молекули газів, позбавлені одного або декількох електронів, - позитивно заряджені частинки - в протилежному напрямку (до катода). Провідність плазми близька до провідності металів. У стовбурі дуги проходить великий струм і створюється висока температура. Така температура стовбура дуги призводить до термоіонізації - процесу утворення іонів внаслідок зіткнення молекул і атомів, що володіють великою кінетичною енергією при високих швидкостях їх руху (молекули і атоми середовища, де горить дуга, розпадаються на електрони і позитивно заряджені іони). Інтенсивна термоіонізація підтримує високу провідність плазми. Тому падіння напруги по довжині дуги невелике. В електричній дузі безперервно протікають два процеси: крім іонізації, також деіонізація атомів і молекул. Остання відбувається в основному шляхом дифузії, тобто перенесення заряджених частинок у навколишнє середовище, і рекомбінації електронів і позитивно заряджених іонів, які возз’єднуються в нейтральні частинки з віддачею енергії, витраченої на їх розпад. При цьому відбувається тепловідвід в навколишнє середовище. Таким чином, можна розрізнити три стадії розглянутого процесу: запалювання дуги, коли внаслідок ударної іонізації і емісії електронів з катода починається дуговий розряд і інтенсивність іонізації вища, ніж де іонізації; стійке горіння дуги, підтримуване термоіонізацією в стовбурі дуги, коли інтенсивність іонізації і деіонізації однакова; згасання дуги , коли інтенсивність деіонізації вища, ніж іонізації.

Способи гасіння дуги в комутаційних електричних апаратах.

Для того щоб відключити елементи електричного кола і виключити при цьому ушкодження комутаційного апарату, необхідно не тільки розімкнути його контакти, а й погасити між ними дугу, що з’являється. Процеси гасіння дуги, так само як і горіння, при змінному та постійному струмі різні. Це визначається тим, що в першому випадку струм в дузі кожен напівперіод проходить через нуль. У ці моменти виділення енергії в дузі припиняється і дуга щоразу мимовільно гасне, а потім знову спалахує.

Практично струм в дузі стає близьким нулю дещо раніше переходу через нуль, так як при зниженні струму енергія, що підводиться до дуги, зменшується, відповідно знижується температура дуги і припиняється термоіонізація. При цьому в дуговому проміжку інтенсивно йде процес деіонізації. Якщо в даний момент розімкнути і швидко розвести контакти, то наступний електричний пробій може не відбутися і ланцюг буде відключено без виникнення дуги. Однак практично це зробити вкрай складно, і тому приймають спеціальні заходи прискореного гасіння дуги, забезпечують охолодження дугового простору і зменшення числа заряджених частинок.

В результаті деіонізації поступово збільшується електрична міцність проміжку і одночасно зростає відновлююча напруга на ньому. Від співвідношення цих величин і залежить, чи загориться на чергову половину періоду дуга чи ні. Якщо електрична міцність проміжку зростає швидше і виявляється більшою відновлюючої напруги, дуга більше не загориться, в іншому ж випадку буде забезпечено стійке горіння дуги. Перша умова і визначає завдання гасіння дуги.

У комутаційних апаратах використовують різні способи гасіння дуги.

Подовження дуги.При розбіжності контактів у процесі відключення електричного кола дуга, що виникла розтягується. При цьому поліпшуються умови охолодження дуги, так як збільшується її поверхня і для горіння потрібна більша напруга .

Ділення довгої дуги на ряд коротких дуг. Якщо дугу, що утворилася при розмиканні контактів, розділити на кілька коротких дуг, наприклад затягнувши її в металеву решітку, то вона згасне. Дуга зазвичай затягується в металеву решітку під впливом електромагнітного поля, що наводиться в пластинах решітки вихровими струмами. Цей спосіб гасіння дуги широко використовується в комутаційних апаратах на напругу нижче 1 кВ, зокрема в автоматичних повітряних вимикачах.

Охолодження дуги у вузьких щілинах. Гасіння дуги в малому обсязі полегшується. Тому вкомутаційних апаратах широко використовують дугогасильні камери з поздовжніми щілинами (вісь такої щілини збігається за напрямком з віссю стовбура дуги). Така щілина зазвичай утворюється в камерах з ізоляційних дугостійких матеріалів. Завдяки зіткненню дуги з холодними поверхнями відбуваються її інтенсивне охолодження, дифузія заряджених частинок у навколишнє середовище і відповідно швидка деіонізація. Крім щілин з плоскопаралельними стінками, застосовують також щілини з ребрами, виступами, розширеннями (кишенями). Все це призводить до деформації стовбура дуги і сприяє збільшенню площі зіткнення її з холодними стінками камери. Втягування дуги у вузькі щілини зазвичай відбувається під дією магнітного поля, що взаємодіє з дугою, яка може розглядатися як провідник зі струмом. Зовнішнємагнітне поле для переміщення дуги найбільш часто забезпечують за рахунок котушки, що включається послідовно з контактами, між якими виникає дуга. Гасіння дуги у вузьких щілинах використовують в апаратах на всі напруги.

Потужні електропневматичні контактори постійного струму з щілинними дугогасними камерами (1) і без. 2 - електропневматичні вентилі, 3 - циліндри привода, 4 - силові контакти.

Гасіння дуги високим тиском. При незмінній температурі ступінь іонізації газу падає з ростом тиску, при цьому зростає теплопровідність газу. За інших рівних умовце призводить до посиленого охолодження дуги. Гасіння дуги за допомогою високого тиску, створюваного самою ж дугою в щільно закритих камерах, широко використовується в плавких запобіжниках і ряді інших апаратів.

Гасіння дуги в маслі. Якщоконтакти вимикача поміщені в масло, то дуга, що виникає при їх розмиканні, призводить до інтенсивного випаровування масла. У результаті навколо дуги утворюється газовий міхур (оболонка), що складається в основному з водню (70 ... 80 %), а також парів масла. Виділені гази з великою швидкістю проникають безпосередньо в зону стовбура дуги, викликають перемішування холодного і гарячого газу в міхурі, забезпечують інтенсивне охолодження і відповідно деіонізацію дугового проміжку. Крім того, деіонізіуючу здатність газів підвищує створюваний при швидкому розкладанні масла тиск всередині міхура.

Інтенсивність процесу гасіння дуги в маслі тим вище, чим ближче стикається дуга з маслом і швидше рухається масло по відношенню до дуги. Враховуючи це, дуговий розрив забезпечують замкнутим ізоляційним пристроєм -дугогасною камерою. У цих камерах створюється більш тісне зіткнення масла з дугою, а за допомогою ізоляційних пластин і вихлопних отворів утворюються робочі канали, по яких відбувається рух масла і газів, забезпечуючи інтенсивне обдування (дуття) дуги.

Дугогасні камери за принципом дії поділяють на три основні групи: з автодуттям, коли високі тиск і швидкість руху газу в зоні дуги створюються за рахунок енергії, що виділяється в дузі, з примусовим масляним дуттям за допомогою спеціальних нагнітаючих гідравлічних механізмів, з магнітним гасінням в олії, коли дуга під дією магнітного поля переміщається у вузькі щілини.

Найбільш ефективні і простідугогасні камери з автодуттям. Залежно від розташування каналів і вихлопних отворів розрізняють камери, в яких забезпечується інтенсивне обдування потоками газопарової суміші та олії вздовж дуги (поздовжнє дуття) або поперек дуги (поперечне дуття). Розглянуті способи гасіння дуги широко використовуються у вимикачах на напругу вище 1 кВ.

Інші способи гасіння дуги в апаратах на напругу вище 1 кВ. Крім зазначених вище способів гасіння дуги, використовують також: стиснене повітря, потоком якого уздовж або поперек обдувається дуга, забезпечуючи її інтенсивне охолодження (замість повітря застосовуються і інші гази, часто одержувані з твердих газогенеруючих матеріалів - фібри, вініпласту та ін. - за рахунок їх розкладу самою палаючою дугою);елегаз (шестифториста сірка), що володіє більш високою електричною міцністю, ніж повітря і водень, внаслідок чого дуга, що горить в цьому газі, навіть при атмосферному тиску досить швидко гаситься; високорозріджений газ (вакуум), при розмиканні контактів в якому дуга не загорається знову (гасне) після першого проходження струму через нуль.

Подробнее ...

ТЕМА 6.1 - ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЕЛЕКТРИЧНІ АПАРАТИ.

	Урок №49. Загальні відомості про електричні апарати.
Класифікація апаратів управління та захисту, їх технічні характеристики, галузі застосування.

Електричними апаратами називають особливі електротехнічні пристрої, призначені для керування, регулювання або захисту електричних кіл і машин. Електричні апарати класифікують:за призначенням - комутуючі (для вимикання і вмикання електричних кіл), захисні (для захисту електричних кіл і машин шляхом їх вимикання при струмах перевантаження і короткого замикання, а також при змінах напруги та інших порушеннях режимів роботи електроустановки), пускорегулювальні (для здійснення пуску і регулювання частоти обертання, струму і напруги електричних машин), контролюючі (для контролю заданих параметрів електричного кола; при порушенні цих параметрів вони реагують, надсилаючи імпульси струму, що викликають дію сигналу або вимикального апарата);

за принципом роботи- контактні (замиканням і розмиканням рухомих контактних частин здійснюється вплив на кероване електричне коло); безконтактні (які здійснюють керування приєднаними до них електричними колами зміною своїх електричних параметрів - індуктивності, ємності, опору тощо);

за напругою - низької (до 1000 В, але, як правило, до 660 В включно) і високої (понад 1000 В, найчастіше 6 кВ і вище);

за родом струму - постійного або змінного;

за виконанням- у відкритому, захищеному, вибухобезпечному тощо.

Електричні апарати можна класифікувати і за іншими ознаками, наприклад за кількістю полюсів (однополюсні або триполюсні), за способом гасіння в апараті електричної дуги(з гасінням в деіонній гратці, у маслі або в газовому середовищі), за способом дії (електромагнітні, теплові, індукційні).

До електричних апаратів висуваються різні вимоги, що визначаються переважно їх призначенням та умовами навколишнього середовища. Всі електричні апарати повинні задовольняти таким загальним вимогам:

- струмопровідні частини мають витримувати нагрівання певної температури, викликані протіканням через них тривало - номінальних струмів і короткочасно - струмів перевантаження і наскрізного короткого замикання;

- контактні частини й механізми повинні витримувати без порушення регулювання гарантовану заводом-виробником кількість циклів вмикань і вимикань;

- контакти мають бути здатні вмикати і вимикати всі струми робочих режимів, а контакти багатьох апаратів - також і струми аварійних режимів;

- деталі повинні витримувати без будь-яких порушень, що перешкоджають їх подальшій нормальній роботі, електродинамічні зусилля, які виникають у струмопровідних частинах під час протікання через них струмів перевантаження або короткого замикання;

- електрична ізоляція повинна забезпечувати надійну і безпечну роботу апарата за заданих значень напруги, а також за короткочасних перевантажень певної величини.

Основними і найвідповідальнішими частинами електричних апаратів загальнопромислового призначення є контакти.

Якість контакту в апараті залежить від тиску в контакті, а також від правильності обробки і стану контактних поверхонь. Погано оброблені і окислені (вкриті плівками оксидів) контакти мають значний перехідний опір. Тому під час монтажу електричних апаратів особливу увагу слід звертати на стан їх контактів. Окислені контактні поверхні мідних контактів треба обробляти напилком для створення шорсткості, яка забезпечує, кращий контакт, ніж поліровані або шліфовані поверхні. Поверхні контактів повинні бути чистими, а тиск у контактах - відповідати заводським даним.

В останні роки багато електричних апаратів випускають з контактами, вкритими металокерамікою. Контакти з металокерамічним покриттям очищають, промиваючи чистим бензином. Обробляти їх напилком забороняється.

Електричні апарати, які надходять на монтаж у заводській упаковці і без ознак пошкоджень, відкривати, і тим більше розбирати, не слід. При необхідності усунення дрібних пошкоджень в апараті всі роботи треба виконувати так, щоб максимально збереглося заводське складання і регулювання контактів, механізму та інших частин апарата.

Апарати, які застосовують для керування електричними колами, поділяються на неавтоматичні і автоматичні.

		Неавтоматичними апаратами є рубильники, перемикачі, пакетні вимикачі, ящики з рубильниками, а також барабанні вимикачі та контролери, керування якими здійснюється вручну безпосередньо оператором.
		Автоматичними апаратами є контактори, магнітні пускачі і автомати, якими керують дистанційно або які діють автоматично в разі зміни установленого режиму роботи електродвигуна або живильної мережі (перевантаження, зниження чи повне зникнення напруги тощо).

Подробнее ...

Страница 2 из 2