В электрике все процессы замыкания и размыкания сети принято называть коммутацией. Эти функции выполняет специальное оборудование. Оно устанавливается в самых различных цепях и обеспечивает нормальное функционирование системы. представляют собой устройства, которые призваны подавать или прекращать поступление электрического тока в сеть.
Сегодня применяется множество разновидностей представленных агрегатов. Они отличаются конструкцией и спецификой действия. Чтобы правильно выбрать агрегат, необходимо рассмотреть существующие виды и их особенности.
Общая характеристика
Назначение коммутационных аппаратов сводится к процессу пропускания электроэнергии благодаря замыканию и размыканию цепи. Сегодня все существующие агрегаты этого типа можно разделить на две категории. К первой группе относятся контактные (механические) приборы, а ко второй - бесконтактные (полупроводниковые или газоразрядные) разновидности.
Самыми часто встречаемыми приборами коммутационного типа являются выключатели, рубильники, контакторы, реле, предохранители. Они обладают определенными особенностями, которые необходимо учитывать при выборе. Приобретать коммутационный прибор необходимо в соответствии с условиями эксплуатации.
Представленные агрегаты могут иметь в своей конструкции несколько полюсов. Их количество может составлять от одного до четырех. В соответствии с этим показателем приборы также разделяют на группы. Чаще всего в продаже представлены двухполюсные изделия. Они имеют два положения - «выключено» или «включено».
Рубильник
Управление коммутационными аппаратами
может производиться вручную или посредством бесконтактного реагирования на изменения в окружающей среде. Самым простым вариантом механического типа является рубильник. Его управление выполняется вручную.
Прибор применяется для коммутации в электрических цепях с напряжением, которое не превышает 660В. В продаже представлены одно-, двух- и трехполюсные разновидности агрегатов. При помощи рубильника разъединяется цепь под напряжением или без него. Известным производителем в нашей стране представленной техники является Курский электроаппаратный завод.
Рубильники могут быть бытовыми или промышленными. Первая категория рассчитана для применения в низковольтной сети, а вторая - в высоковольтной. Это востребованное оборудование, которое применяется практически повсеместно.
Разновидности рубильников
Которые относятся к типу рубильников, в свою очередь, делятся на подгруппы. Выделяют разъединитель, переключатель и короткозамыкатель. В первом случае прибор прерывает подачу электричества в цепь, которая имеет незначительную силу тока. Этот тип приборов применяется для осуществления осмотра или ремонта системы. Разъединитель имеет расстояние между контактами для изоляции.
Переключатели переводит электрический ток из одной цепи в другую. Короткозамыкатель не производится и не применяется в современной аппаратуре. Он создает короткое замыкание.
В продаже представлены аппараты, совмещающие представленные функции. Например, это может быть разъединитель-выключатель. Это рубильник с камерой для гашения дуги. Он может работать как на одно, так и на два направления. Если же в таком рубильнике нет камеры для гашения дуги, этот прибор относится к группе разъединителей.
Выключатель
Автоматический выключатель общего назначения является коммутационным аппаратом до 1000 В
(переменный ток) и до 440 В (постоянный ток). Этот агрегат относится к приборам механического типа. Он может включать, пропускать или отключать подачу электрического тока. Он способствует защите электрических сетей от перегрузок, критического снижения напряжения или короткого замыкания. Классической в этом случае является схема УЗО (представлена далее).
II - Электрический потребитель (измерительный прибор).
Автоматический выключатель может управлять сетью. Для этого в их конструкции предусматривается наличие различных приводов.
Существует множество различных модификаций представленных устройств. Это позволяет применять их практически во всех областях энергетики. Чаще всего в бытовых и промышленных сетях используют именно пакетные типы выключателей.
Основные разновидности выключателей
Представленные приборы коммутации имеют множество вариантов. К автоматическим разновидностям относятся устройства защитного отключения и дифференциальные выключатели. В первом случае схема УЗО
способно защитить человека от поражения электрическим током при возникновении аварийной ситуации. Дифференциальные выключатели представляют собой особый тип выключателя. В его конструкции УЗО соединяется с выключателем. Это обеспечивает комплексную защиту от поражения током.
Пакетные переключатели применяются для цепей с напряжением 110-380 В. Их устанавливают с целью управления асинхронными двигателями, комплектными приборами. Такие коммутационные приборы собираются на поверхности квадратного вала. В состав системы в этом случае входит определенное количество подобных агрегатов. Здесь есть рукоятка и механизм ее фиксации. При ее повороте вал приводится в движение. Коммутирующие кулачки прибора размыкают цепь.
Автоматические выключатели общего назначения представляют собой коммутационные аппараты до 1000 В. Они могут работать как при переменном, так и постоянном токе. Имеют в своем составе привод, расцепители.
Привод и расцепители
Привод коммутационного аппарата
приводится в движение ручным или бесконтактным способом. Бывают системы с совмещенной системой управления. Выключение производится при помощи пружин. Они приводятся в движение после разъединения расцепителя. Эта деталь исключает возможность удержания контактов во включенном положении при возникновении аварийной ситуации.
Расцепитель представляет собой систему из связочных шарнирных рычагов. Они соединяют привод с подвижными контактами, которые, в свою очередь, примыкают к отключающей пружине.
Именно расцепители отвечают за поддержание требуемых параметров цепи, которую они защищают. Если в системе наблюдаются отклонения от нормального значения, эти элементы отключают питание.
Методы автоматического расцепления
Защитно-коммутационные аппараты имеют в своей конструкции реле. Они входят в состав расцепителей. Реле могут быть электромеханическими или статистическими. Производят контроль и сопоставление заданных параметров полупроводниковые материалы. Этот принцип заложен во вводных автоматах.
Электромеханические разновидности могут быть выполнены на базе электротепловых, электромагнитных или комбинированных элементов. представленного типа устанавливается в квартирах, домах, на промышленных объектах и т. д.
Расцепители могут не иметь установленного интервала времени при выполнении срабатывания. Также в продаже присутствуют приборы с независимой выдержкой или срабатыванием с обратной зависимостью от тока.
Другие разновидности
также включают в себя предохранители, контакторы и реле. В первом случае прерывание производится при помощи разрушения специальных элементов. Они проводят ток.
Контакторы применяются для операций включения, отключения питания. К этой категории устройств относятся пускатели, реостаты пускового и пускорегулирующего типа. Электрическое реле может быть отдельным прибором. Он служит для размыкания сети при заданных параметрах.
Рассмотрев коммутационные аппараты, применяемые в современной электрике, можно принять правильное решение при выборе представленного оборудования.
Страница 44 из 77
2 Коммутационные аппараты
2.1 Простые коммутационные устройства Разъединитель (или отделитель) (Рис. H5)
Он представляет собой ручной на два положения («включено» - «отключено») запираемый коммутационный аппарат, обеспечивающий при фиксации в разомкнутом положении безопасное изолирование цепи. Его характеристики определены в стандарте IEC 60947-3. Разъединитель не предназначен для того, чтобы включать или отключать токи* , и в стандартах не регламентируются номинальные значения для этих функций. Но он должен выдерживать прохождение токов короткого замыкания и для него устанавливается номинальный кратковременный выдерживаемый ток (обычно длительностью 1 с, если иное время не согласовано между пользователем и изготовителем). Эта величина обычно значительно превышает максимальные рабочие токи меньшей величины, действующие в течение более длительных периодов, например пусковые токи электродвигателей. Также должны выполняться стандартные требования по механической износостойкости, перенапряжениям и токам утечки.
Выключатель нагрузки (Рис. H6)
Этот управляющий выключатель обычно задействуется вручную (но иногда для удобства оператора снабжается электрическим приводом отключения) и является неавтоматическим двухпозиционным коммутационным аппаратом (вкл./выкл.).
Он используется для включения и отключения нагруженных цепей в нормальных условиях неповрежденных цепей.
Поэтому он не обеспечивает никакой защиты для управляемой им цепи. I
Стандарт IEC 60947-3 устанавливает:
частоту коммутаций (не более 600 циклов включения/отключения в час)
механическую и коммутационную износостойкость (обычно меньшую, чем у контактора)
номинальные токи включения и выключения для нормальных и нечастых коммутаций
При включении выключателя с целью запитывания цепи всегда существует вероятность того, что в этой цепи произошло непредвиденное короткое замыкание. По этой причине для выключателей нагрузки задается максимальный ток включения на короткое замыкание, т.е. обеспечивается успешное замыкание цепи при наличии электродинамических усилий от тока короткого замыкания. Такие выключатели обычно называют "выключателями нагрузки на короткое замыкание». Отключение короткого замыкания обеспечивается вышерасположенными защитными устройствами.
Периодическая коммутация отдельных электродвигателей относится к категории AC-23. Включение/выключение конденсаторов или ламп накаливания должно быть предметом соглашения между изготовителем и пользователем.
Категории использования, указанные на рис. H7, не относятся к оборудованию, которое обычно используется для пуска, разгона и/или останова отдельных двигателей.
Пример
Выключатель нагрузки на 100 ампер, относящийся к категории AC-23 (индуктивная нагрузка), должен быть способен:
включать ток 10 In (= 1000 А) при коэффициенте мощности 0,35
отключать ток 8 In (= 800 А) при коэффициенте мощности 0.45
Рис. H5. Обозначение разъединителя
Рис. H6. Обозначение выключателя нагрузки
выдерживать при включении кратковременные токи короткого замыкания
Типичные применения |
|||||
Нечастые |
включения x In |
отключения x In |
|||
коммутации |
коммутации |
||||
Коммутация цепей без нагрузки |
|||||
Коммутация активных нагрузок, включая умеренные перегрузки |
|||||
Коммутация смешанных активных и индуктивных нагрузок, включая умеренные перегрузки |
|||||
Коммутация нагрузок электродвигателя или других высокоиндуктивных нагрузок |
0.45 for I У 100 A 0.35 for I > 100 A |
||||
Рис. H8. Обозначение двухпозиционного выключателя с дистанционным управлением
Рис. H9. Обозначение контактора
Широко применяются два типа низковольтных плавких предохранителей:
тип gG: для бытовых и аналогичных электроустановок
тип gG, gM или aM: для промышленных электроустановок
Рис. H10. Графическое обозначение плавких предохранителей
Двухпозиционный выключатель с дистанционным управлением (Рис. H8)
Этот коммутационный аппарат широко используется для управления осветительными цепями, когда при нажатии кнопочного выключателя (на пульте дистанционного управления) отключается уже включенный или включается отключенный двухпозиционный выключатель. Типичные применения:
Двухпозиционная коммутация на лестничных клетках больших зданий
Схемы сценического освещения
Освещение фабрик и др.
Существуют вспомогательные устройства для реализации функций:
дистанционной индикации его положения в любой момент времени
выдержки времени
фиксации контактов
Контактор (Рис. H9)
Контактор представляет собой коммутационный аппарат с электромагнитным управлением, который обычно удерживается в замкнутом положении током (уменьшенной величины), проходящим через включающий соленоид (хотя для специальных применений существуют различные типы с механической блокировкой (защелкой)). Контакторы предназначены для выполнения многократных циклов включения/отключения и обычно управляются дистанционно с помощью двухпозиционных нажимных кнопок. Большое количество повторных циклов срабатывания стандартизировано в таблице VIII стандарта IEC 60947-4-1 по:
продолжительности работы: 8 часов; непрерывно; периодически; кратковременно в течение 3, 10, 30, 60 и 90 минут.
категории использования: например, контактор категории AC3 можно использовать для пуска и останова асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
циклам пуска-останова (1 ■ 1200 циклов в час)
механической износостойкости (количеству коммутаций без нагрузки)
коммутационной износостойкости (количеству коммутаций под нагрузкой)
номинальному току включения и отключения в зависимости от категории использования
Пример:
Контактор на ток 150 А категории AC3 должен иметь минимальный ток отключения 8 In (1200 А) и минимальный ток включения 10 In (1500 А) при коэффициенте мощности 0,35 при индкутивной нагрузке.
Контактор с тепловым реле
Контакторы, оснащенные тепловым реле для защиты от перегрузки, широко используются для дистанционного кнопочного управления осветительными цепями и др. и, как отмечалось в подпункте 2.2 «Комбинированные коммутационные аппараты», могут также рассматриваться как важный элемент в управлении двигателем. Такой коммутационный аппарат не эквивалентен автоматическому выключателю, поскольку его отключающая способность при коротком замыкании ограничена величиной 8 или 10 In. Поэтому для защиты от короткого замыкания необходимо последовательно с контактами контактора, оснащенного термореле, и выше их по цепи устанавливать или плавкие предохранители или автоматический выключатель.
Плавкие предохранители (Рис. H10)
Первая буква указывает на диапазон отключающих токов:
плавкие вставки "g" (отключающая способность во всем диапазоне)
плавкие вставки "a" (отключающая способность в части диапазона)
Вторая буква указывает на категорию использования; она с точностью определяет времятоковые
характеристики, условные времена и токи:
Например
"gG" обозначает плавкие вставки общего применения с отключающей способностью во всем диапазоне
"gM" обозначает плавкие вставки с отключающей способностью во всем диапазоне, предназначенные для защиты цепей электродвигателей
"aM" обозначает плавкие вставки с отключающей способностью в части диапазона, предназначенные для защиты цепей электродвигателей
Существуют предохранители с механическими индикаторами «перегорания» и без них. Плавкие предохранители отключают цепь в результате управляемого расплавления плавкого элемента, когда в течение соответствующего периода времени ток превышает установленную величину; соотношение тока и времени представляется в форме рабочей характеристики каждого типа предохранителя. В стандартах определены два класса предохранителей:
предохранители для применения в бытовых электроустановках, изготовляемые в форме патрона, рассчитанные на токи до 100 А и обозначаемые в стандартах IEC 60269-1 и 3 типом gG.
предохранители для промышленного применения, обозначаемые в стандартах IEC 60269-1 and 2 как gG (общего применения) и gM и aM (для цепей электродвигателей)
При использовании предохранителей типа gM требуется применение отдельного реле перегрузки, описанного в примечании, помещенном в конце подпункта 2.1.
Бытовые и промышленные предохранители различаются в основном уровнями номинальных напряжений и токов (предохранители на большие напряжения и токи имеют гораздо большие размеры) и отключающей способностью при коротком замыкании. Плавкие вставки типа gG часто применяются для защиты цепей электродвигателей, что возможно, если их характеристики позволяют без повреждений выдерживать пусковой ток.
*т.е. низковольтный разъединитель фактически является коммутационным аппаратом обесточенной системы, который должен задействоваться при отсутствии напряжения на обеих его сторонах, в частности при включении, поскольку существует возможность неожиданного короткого замыкания в нижерасположенной части цепи. Часто используется блокировка с помощью вышерасположенного выключателя или автоматического выключателя.
**В стандартах IEC не дано определение данного термина, но он широко используется в нескольких странах
В последнее время МЭК стандартизовал новый тип предохранителей gM для защиты цепей двигателей, способных функционировать при пусковых токах и токах короткого замыкания. В одних странах этот тип предохранителей распространен больше, чем в других, но в настоящее время расширяется применение предохранителя типа aM в сочетании с термореле перегрузки. Для плавкой вставки типа gM предусмотрены две номинальных величины тока. Первая величина In соответствует номинальному току плавкой вставки и номинальный ток патрона предохранителя; вторая величина Ich обозначает времятоковую характеристику данной плавкой вставки, определяемую по таблицам II, III и VI, приведенным в стандарте IEC 60269-1. Эти две номинальных величины разделяются буквой, указывающей категорию использования. Например, In M Ich обозначает предохранитель, предназначенный для защиты цепей электродвигателей и имеющий характеристику G. Первая величина In соответствует максимальному непрерывному току для всего предохранителя, а вторая, Ich - характеристике G его плавкой вставки. Дополнительная информация содержится в примечании, помещенном в конце подпункта 2.1.
Плавкая вставка aM характеризуется одной величиной тока In и времятоковой характеристикой, показанной далее на рис. H14.
Важное замечание: В некоторых национальных стандартах используется тип предохранителя gI (промышленный), аналогичный по всем основным параметрам предохранителям типа gG. Вместе с тем предохранители типа gI не должны использоваться в бытовых и аналогичных электроустановках.
Зоны плавления - условные токи
Условия плавления предохранителей определены стандартами в зависимости от их класса. Предохранители класса gG
Эти предохранители обеспечивают защиту от перегрузок и коротких замыканий. Стандартизованы условные токи неплавления и плавления (рис. H12 и рис. H13).
Условный ток неплавления Inf - это величина тока, который данный плавкий элемент может выдержать установленное время без плавления.
Пример: Предохранитель на 32 А, проводящий ток 1,25 In (т.е. 40 А), не должен расплавиться менее чем за час (таблица G13).
Условный ток плавления If (= I2 in на рис. H12) - это величина тока, который вызовет плавление плавкого элемента до истечения установленного времени.
Пример: Предохранитель на 32 А, проводящий ток 1,6 In (т.е. 52,1 А), должен расплавиться за 1 час или менее.
В стандарте IEC 60269-1 описаны испытания, требующие того, чтобы рабочая кривая конкретного испытываемого предохранителя лежала между двумя предельными кривыми, показанными на рис. H12. Это означает, что при низких уровнях перегрузки по току два предохранителя, удовлетворяющие данному испытанию, могут иметь значительно различающиеся времена срабатывания.
Рис. H12. Зоны плавления и неплавления предохранителей типов gG и gM (в соответствии со стандартом 60269-2-1)
Номинальный ток In (A) |
Условный ток неплавления, Inf |
Условный ток |
Условное время, час |
4 < In < 16 A |
|||
16 < In i 63 A |
|||
63 < In i 160 A |
|||
160 < In i 400 A |
|||
Рис. H13. Зоны плавления и неплавления для низковольтных плавких предохранителей типов gG и gM (в соответствии со стандартами IEC 60269-1 и 60269-2-1)
Рис. H14. Стандартные зоны плавления предохранителей класса aM (все номинальные токи)
Tf: Время плавления предохранителя до возникновения дуги
Ta: Время существования дуги
Ttc: Общее время отключения короткого замыкания
Предохранители типа aM обеспечивают защиту только от коротких замыканий и должны/ применяться в комбинации с устройством защит от перегрузок.
Рис. H15. Ограничение тока плавким предохранителем
Приведенные выше два примера для предохранителя на ток 32 А в сочетании с предшествующими примечаниями в отношении требований испытаний объясняют, почему эти предохранители неэффективны при низких уровнях перегрузки.
Поэтому чтобы избежать последствий возможной длительной перегрузки (худший случай: перегрузка 60% в пределах часа), необходимо устанавливать кабель, рассчитанный на более высокую допустимую токовую нагрузку в амперах, чем тот, который обычно требуется для цепи. Для сравнения, автоматический выключатель с аналогичным номинальным током:
не должен отключать цепи в течение менее часа при прохождении тока 1,05 In, а
при прохождении тока 1,25 In должен отключать цепь в течение часа или менее (худший случай: перегрузка 25% в пределах часа).
Предохранители типа aM (для электродвигателей)
Эти предохранители обеспечивают защиту только от токов короткого замыкания и должны обязательно применяться в сочетании с другим коммутационным аппаратом (например, контакторами, оснащенными тепловым реле, или автоматическими выключателями) с тем, чтобы обеспечить защиту от перегрузки при токах < 4 In. Поэтому они не могут применяться автономно. Поскольку предохранители типа aM не предназначены для защиты от малых токов перегрузки, для них не устанавливаются уровни условных токов плавления и неплавления. Рабочие кривые для испытаний этих предохранителей приводятся для токов замыкания, превышающих приблизительно 4 In (рис. H14), и рабочие кривые предохранителей, тестированных по стандарту IEC 60269, должны располагаться в заштрихованной области. Примечание: Маленькие стрелки на диаграмме указывают граничные времятоковые величины для различных тестируемых предохранителей (стандарт IEC 60269).
Номинальная отключающая способность при коротком замыкании
Особенностью современных патронных плавких предохранителей является то, что благодаря быстроте плавления вставки при больших уровнях токов короткого замыкания отключение тока начинается до появления первого большого пика тока, поэтому ток замыкания никогда не достигает своего ожидаемого максимального значения (рис. H15).
Такое ограничение тока значительно снижает термические и динамические напряжения, которые иначе бы возникли, и тем самым сводит к минимуму опасность и степень ущерба в том месте, где произошло короткое замыкание. Поэтому номинальная отключающая способность предохранителя определяется действующим значением переменной составляющей ожидаемого тока короткого замыкания.
Для плавких предохранителей не устанавливается номинальный ток включения на короткое замыкание.
Напоминание
В начальный момент токи короткого замыкания содержат постоянные составляющие, амплитуда и длительность которых зависят от соотношения XL/R поврежденного участка цепи. Вблизи источника питания (понижающего трансформатора) соотношение Ipeak/Irms - действующее значение периодической составляющей тока непосредственно сразу после момента короткого замыкания может достигать 2,5 (это регламентировано стандартами IEC и показано на рис. H16). Как отмечалось выше, на нижних уровнях распределения питания в электроустановке величина XL мала по сравнению с R и поэтому для оконечных цепей Ipeak / Irms - 1,41 (это условие отражено на рис. H15).
Эффект ограничения пикового тока происходит только тогда, когда ожидаемое действующее значение переменной составляющей тока короткого замыкания достигает определенного уровня. Например, на приведенном выше графике 100-амперный предохранитель начнет отключать пиковый ток при ожидаемом действующем значении тока замыкания 2 кА (a). Тот же предохранитель при ожидаемом действующем значении тока замыкания 20 кА ограничит пиковый ток до 10 кА (b). В последнем случае при отсутствии токоограничивающего предохранителя пиковый ток мог бы достичь 50 кА (c). Как уже упоминалось, на нижних уровнях распределения, R значительно превосходит XL и уровни токов замыкания обычно небольшие. Это означает, что уровень тока короткого замыкания может не достичь достаточно высоких значений для того, чтобы вызвать ограничение пикового тока. С другой стороны, как уже отмечалось, в данном случае апериодические составляющие тока в переходном процессе имеют незначительное влияние на величину пика тока Примечание: О номинальных токах срабатывания предохранителей типа gM Предохранитель типа gM представляет собой фактически предохранитель типа gG, плавкий элемент которого рассчитан на ток Ich, который может, например, составлять 63 А. Это - испытательное значение, принятое в стандартах IEC, поэтому его времятоковая характеристика аналогична такой же характеристике предохранителя типа gG на 63 А.
Это значение (63 А) выбрано для того, чтобы выдержать большие пусковые токи электродвигателя, рабочий ток которого в нормальном режиме (In) может находиться в диапазоне 10-20 А. Это означает, что можно использовать меньшие по размерам патрон и металлические части предохранителя, поскольку отвод тепла, который требуется при нормальных условиях эксплуатации, относится к сниженным значениям тока (10-20 А). Стандартный предохранитель типа gM, пригодный для такого случая, обозначался бы как 32M63 (т.е. In M Ich).
Первый номинальный ток (In) характеризует тепловые характеристики плавкой вставки при установившейся нагрузке, а второй номинальный ток (Ich) относится к ее функционированию при кратковременном пусковом токе. Вполне очевидно, что хотя предохранитель пригоден для защиты электродвигателя от коротких замыканий, он не обеспечивает его защиты от перегрузок и поэтому
при применении предохранителей типа gM всегда необходимо устанавливать отдельное тепловое реле. Таким образом, единственное преимущество предохранителей gM перед предохранителями типа aM заключается в том, что они меньше по размерам и немного дешевле.
2.2 Комбинированные коммутационные аппараты
Отдельные элементы коммутационной аппаратуры в целом не удовлетворяют всем требованиям трех основных функций, а именно: защиты, управления и разъединение (изолирования). В тех случаях, когда установка автоматического выключателя нецелесообразна (например, там, где высокая частота коммутаций в течение продолжительных периодов), используются комбинации элементов, специально предназначенных для таких функций. Ниже описаны наиболее распространенные комбинации коммутационных аппаратов.
Комбинации выключателей и плавких предохранителей
Рассматриваются два случая:
Тип, в котором срабатывание одного или нескольких предохранителей вызывает отключение выключателя. Это достигается путем использования предохранителей, снабженных бойками, и системы отключающих пружин и шарнирных механизмов (рис. H17)
Тип, в котором неавтоматический выключатель соединен с комплектом предохранителей в едином корпусе.
В некоторых странах и в стандарте 60947-3 термины «выключатель-предохранитель» и «предохранитель-выключатель» имеют специальный смысл, а именно:
выключатель-предохранитель состоит из выключателя (обычно с двумя разрывами на полюс), установленного перед тремя стационарными патронами предохранителей, в которые вставлены плавкие вставки (рис. H18)
предохранитель-выключатель состоит из трех ножевых контактов, каждый из которых имеет двойной разрыв на каждой фазе.
Ich для предохранителей класса gM
Для токов, превышающих определенный уровень, в зависимости от номинального тока предохранителя, как показано ниже на рис. H16.
Диапазон токов для этих устройств ограничен 100 А в трехфазной сети напряжением 400 В, хотя их основное применение - в бытовых и аналогичных электроустановках. Чтобы избежать путаницы между первой группой (т.е. автоматическим отключением) и второй группой, термин «выключатель-предохранитель» должен использоваться с прилагательными «автоматический» или «неавтоматический».
Предохранитель-разъединитель + контактор с тепловым реле и предохранитель- выключатель-разъединитель + контактор с тепловым реле
Как указывалось выше, контактор с тепловым реле не обеспечивает защиты от токов короткого замыкания. Поэтому вместе с ним необходимо применять предохранители (обычно типа aM). Такая комбинация используется главным образом в цепях управления электродвигателями, разъединитель или выключатель-разъединитель обеспечивают возможность безопасного проведения операций технического обслуживания, включая:
- замену плавких вставок (при отключенной цепи)
- работы на участке цепи ниже контактора с тепловым реле (риск дистанционного включения этого контактора с тепловым реле)
Предохранитель-разъединитель и контактор с тепловым реле должны соединяться так, чтобы было невозможно отключение или включение предохранителя-разъединителя, если контактор с тепловым реле не отключен (рис. H20), поскольку такой предохранитель-разъединитель не обеспечивает функцию включения нагрузки.
Очевидно, что для комбинации предохранитель-выключатель-разъединитель блокировка не требуется (рис. H21). Если данная цепь питает электродвигатель, этот выключатель должен быть класса AC22 или AC23.
Автоматический выключатель + контактор и автоматический выключатель + контактор с тепловым реле
Эти комбинации используются в системах распределения с дистанционным управлением, для которых характерна высокая частота коммутаций, или для управления и защиты цепи питания электродвигателей
Рис.Н16. Зависимость ограниченного пикового тока от ожидаемых действующих значений переменной составляющей тока короткого замыкания для низковольтных плавких предохранителей
Рис. H17. Обозначение автоматического выключателя-предохранителя.
Рис. Н18. Обозначение неавтоматического выключателя-предохранителя Рис. Н19. Обозначение неавтоматического предохранителя-выключателя
Эти ножевые контакты не являются непрерывными по длине и каждый имеет промежуток в центре, который перекрывается патроном плавкого предохранителя. В некоторых конструкциях имеется только один разрыв на фазу (рис. H18 и H19).
К аппаратуре защиты относятся различного рода реле, автоматические выключатели и предохранители.
1. Автоматические выключатели (автоматы)
Автоматическим выключателем (автоматом) называется электрический коммутационно-защитный аппарат с высокой коммутационной способностью, предназначенный для автоматического размыкания электрических цепей при аварийных ситуациях, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей при нормальных условиях работы.
Для более частых оперативных включений-отключений электрических цепей разработаны коммутационно-защитные аппараты (типа АКЗ), обладающие повышенной коммутационной способностью.
Автоматы, срабатывающие при токах короткого замыкания без выдержки времени и встроенные в пластмассовый защитный корпус, называются неселективными (установочными) . Автоматы с выдержкой времени при отключении токов короткого замыкания называются селективными .
Расцепители
в автоматах контролируют величину соответствующего параметра защищаемой цепи и дают сигнал на отключение автомата, когда эта величина достигнет заданного значения, называемого уставкой
(ток срабатывания, напряжение срабатывания и т. д.), Так, например, уставка генераторных автоматов равна 115% номинального тока генератора
. В расцепителях предусматривается возможность регулирования уставки в достаточно широких пределах. Это необходимо для осуществления селективной (избирательной) защиты электрической сети, в которую включен автомат.
Установочные автоматы
комплектуются следующими видами расцепителей:
- электромагнитными , срабатывающими мгновенно при токах, превышающих номинальный ток уставки от 2 до 20 раз (защита от токов короткого замыкания);
- тепловыми , срабатывающими при токах, составляющих от 1,25 до 1,8 номинального тока расцепителя (защита от перегрузок);
- комбинированными , состоящими из электромагнитных и тепловых элементов.
Автоматы наряду с ручным могут снабжаться дистанционным электромеханическим приводом, электродвигательным в автоматах серий АМ и А3100.
В судовых автоматах используется механизм моментного включения и отключения, когда замыкание и размыкание контактов осуществляется с постоянной скоростью, не зависящей от частоты вращения рукоятки.
Основными характеристиками автоматов являются: защитная (время-токовая) характеристика, предельная коммутационная способность, термическая устойчивость, электродинамическая устойчивость, механическая и электрическая износоустойчивость.
Защитной характеристикой автомата называют зависимость полного времени от момента возникновения тока короткого замыкания до момента срабатывания расцепителя от силы тока, проходящего через расцепитель, или кратности этого тока по отношению к номинальному току расцепителя. Защитные характеристики автоматов определяются наличием тепловых, электромагнитных или комбинированных расцепителей, а также селективной пристройкой замедлителя расцепления.
По особенностям защитных характеристик различают автоматы мгновенного действия с зависимой выдержкой времени при перегрузках и мгновенным отключением при коротких замыканиях.
Установочный автомат снабжен тепловым и электромагнитным разделителями, работающими независимо друг от друга.
При токах нагрузки, меньших по сравнению с током уставки электромагнитного расцепителя, работает только тепловой расцепитель, так как уставка электромагнитного расцепителя больше уставки теплового расцепителя. При токах нагрузки, превышающих уставку электромагнитного расцепителя, работает только электромагнитный расцепитель, так как тепловой расцепитель имеет при этих токах большее время срабатывания. При работе электромагнитного расцепителя полное время срабатывания автомата мало, и это является весьма ценным его качеством.
Большая скорость срабатывания установочных автоматов, примерно одинаковая для всех аппаратов этого типа, ограничивает селективность их работы. Селективность действия двух установочных автоматов возможна лишь в пределах уставок их электромагнитных расцепителей.
В селективных автоматах, снабженных замедлителями расцепления, время срабатывания автомата увеличивается на время срабатывания замедлителя.
Предельная коммутационная способность автомата — это наибольшее значение тока, который электрический аппарат способен отключить без повреждений и включить без сваривания контактов.
Термическая устойчивость — наибольшее значение тока, который электрический аппарат способен пропустить в течение короткого промежутка времени без порчи изоляции и токоведущих частей. Термическая устойчивость количественно может характеризоваться также произведением квадрат силы тока на время протекания тока пропорциональным количеству выделенного тепла.
Электродинамическая устойчивость — наибольшее значение тока (ударный ток), который электрический аппарат способен выдержать в течение короткого промежутка времени без механических повреждений.
Механическая и электрическая износостойкость — количество коммутационных циклов включение — отключение с заданными интервалом между циклами и способами включения и отключения, которое аппарат способен выдержать без повреждений.
2. Контакторы
называется электромагнитный аппарат дистанционного действия, предназначенный для частых включений и отключений электрических цепей при нормальных режимах работы.
В зависимости от условий применения контакторы устанавливаются в пускателях, станциях управления, распределительных щитах или используются в виде отдельных аппаратов, смонтированных в ящиках.
Контакторы, имеющие выдержку времени перед отключением или включением, называются таймтакторами .
Коммутационная способность контактора характеризуется:
- предельной разрывной способностью — наибольшим током, который контактор способен отключить без электрических и механических повреждений;
- критической разрывной способностью — наименьшим током, который контактор способен отключить без затяжки дуги (у современных контакторов морского исполнения переменного и постоянного тока при двухполюсном разрыве критическая разрывная способность не ограничивается, т. е. они способны, как правило, отключать все токи до нуля);
- предельной способностью включения — наибольшим пиком тока, который контактор способен включить без приваривания контактов;
- электродинамической и термической устойчивостью — наибольшим пиком тока, который заранее включенный аппарат может выдержать в течение заданного времени, оставаясь в полной исправности.
- напряжение втягивания — наименьшее напряжение на катушке, при котором происходит включение контактора без остановки или задержки подвижной системы в промежуточном положении. Это напряжение составляет 85% номинального. У контакторов постоянного тока в морском исполнении напряжение втягивания составляет 80% номинального;
- напряжение удержания — наименьшее напряжение на катушке, при котором якорь электромагнита контактора удерживается в полностью притянутом положении. Напряжение удержания составляет 70% номинального;
- напряжение отпадания — наибольшее напряжение на" катушке, при котором происходит полное отпадание якоря электромагнита. Рекомендуемое значение напряжения отпадания — не более 60% номинального. Практически оно может составлять 3—5% номинального;
- коэффициент возврата, представляющий собой отношение напряжения отпадания якоря к напряжению втягивания;
- собственное время срабатывания, к которому относится собственное время втягивания, отпадания, замыкания и размыкания.
Собственное время отпадания — это время от начала прекращения питания втягивающей или удерживающей катушки при номинальном режиме контактора до момента полного отпадания якоря электромагнита.
Собственное время замыкания для контактора с замыкающими контактами — это время от момента замыкания цепи втягивающей катушки до момента первого касания замыкающего контакта контактора.
Собственное время замыкания для контактора с размыкающими контакторами — это время от момента начала прекращения питания втягивающей катушки до момента первого касания размыкающего контакта контактора.
Собственное время размыкания для контактора с замыкающими главными контактами — это время от момента размыкания цепи втягивающей катушки Д) момента появления напряжения между подвижными и неподвижными контактами, обусловленного их расхождением.
Собственное время размыкания для контактора с размыкающими контактами — это время от момента замыкания цепи втягивающей катушки до момента появления напряжения между подвижными и неподвижными контактами, обусловленного их расхождением.
Износостойкость контакторов характеризуется числом включений — отключений (циклов) и наибольшей допустимой частотой включений.
3. Пакетные выключатели и переключатели
Пакетные выключатели и переключатели — это коммутационные аппараты ручного управления, состоящие из собранных в пакеты секций (с контактами), предназначенные для включений, выключений и переключений цепей постоянного и переменного тока.
Пакетные выключатели и переключатели могут быть с контактами ножевого и мостикового (кулачкового) типов.
Пакетные выключатели и переключатели по количеству полюсов разделяются на двух и трехполюсные; изготовляются на номинальные токи от 10 до 400 А; могут иметь открытое, защищенное и герметическое исполнения корпуса. Переключатели выполняются на два или три направления.
4. Рубильники, рубящие переключатели
, рубящим переключателем называют электрический аппарат с ручным приводом, предназначенный для коммутации электрических цепей под током. Рубильники выполняют функцию замыкания — размыкания цепей, а рубящие переключатели — еще и функцию переключения цепей.
Разъединителем называют электрический аппарат с ручным приводом, предназначенный для коммутации обесточенных электрических цепей.
Рубильники кроме главных ножей имеют также разрывные (моментные) ножи, которые обеспечивают достаточную скорость отключения, не зависящую от скорости движения руки оператора, и предохраняют главные контакты от разрушающего действия дуги.
Моментные ножи выполняются облегченной конструкции, так как они бывают нагружены кратковременно. Рубильники и переключатели на токи 600 А и выше изготовляются без моментных ножей — с медно-графитовыми (разрывными) контактами.
Для повышения предельного отключаемого тока рубильники и переключатели снабжаются дугогасительными камерами с дугогасительной решеткой. Разъединители не имеют моментных ножей и дугогасительных камер. Рубильника и переключатели могут снабжаться замыкающими и размыкающими блок-контактами. приводимыми в действие одновременно с контактными ножами.
5. Универсальные переключатели
Универсальным переключателем называется коммутационное устройство, служащее для ручного управления включением или переключением цепей в электрических установках.
Переключатель набирается из отдельных секций, состоящих из двух подвижных контактов и трех шайб, из которых две предназначены для включения двух подвижных контактов и одна — для их отключения. При большом числе кулачковых шайб с разным профилем и разной конфигурацией возможен набор многочисленных схем включения контактов. Очередность и порядок включения отдельных контактов определяются схемой расположения шайб.
Основными характеристиками универсальных переключателей являются: коммутационная способность , характеризуемая предельным током отключения при данной длительности нагрузки; механическая износостойкость , определяемая предельным числом включений обесточенного аппарата; перегрузочная способность , характеризуемая допустимым током перегрузки в течение определенного промежутка времени.
6. Плавкие предохранители
называют электрический аппарат, размыкающий электрическую цепь путем расплавления плавкой вставки, нагретой током, превышающим заданное значение.
Плавкие прёдохранители предназначаются для защиты электрических цепей и элементов электроустановок при возникновении перегрузок или коротких замыканий. Наиболее распространенные материалы плавких вставок — цинк и серебро.
Основными характеристиками плавких предохранителей являются защитные (время-токовые) характеристики и предельная разрывная способность.
Защитной характеристикой предохранителя называется зависимость полного времени отключения (продолжительность гашения дуги) от тока, отключенного предохранителем.
Защитной время-токовой характеристикой предохранителя определяется: способность защищать элемент установки от перегрузок; избирательность (селективность) действия предохранителя в совокупности с действием других элементов защиты; способность отстраиваться от пусковых и пиковых токов защищаемого приемника электроэнергии.
Время плавления плавких вставок, рассчитанных на токи с одинаковыми номинальными значениями, при одних и тех же токах перегрузки получается разным. Это объясняется тем, что всегда имеет место так называемый разброс характеристик предохранителей. Разброс вызван главным образом неизбежными при изготовлении плавких вставок производственными допусками. Относительно широкая зона разброса характеристик предохранителей вынуждает выбирать сечения плавких вставок с запасом во избежание перегорания их при номинальных значениях токов. Благодаря этому перегорание плавких вставок может происходить при значениях токов перегрузки, во много раз превышающих номинальные значения токов плавкой вставки. Вследствие этого предохранители не могут обеспечить надежную защиту элементов электрического оборудования при относительно небольших перегрузках, что является их недостатком. Селективность защиты обеспечивается предохранителями при последовательной установке их с разницей на две-три ступени шкалы номинальных токов плавких вставок.
Предельной разрывной способностью предохранителя при данном напряжении называется наибольшее значение тока короткого замыкания сети, при котором гарантируется надежность работы предохранителя. Чем выше разрывная способность, тем лучше качество предохранителей и тем при больших мощностях электроэнергетических установок они могут применяться.
Разрывная способность предохранителя зависит от быстроты гашения дуги при перегорании плавкой вставки, и при прочих равных условиях она тем больше, чем ниже лежит время-токовая характеристика предохранителя.
7. Контактные реле
Контактным реле называется электрический аппарат автоматического действия, срабатывающий при определенных импульсах, на которые он предназначен реагировать, и воздействующий при этом своими контактами на электрические цепи.
Уставкой реле называется значение импульса, при котором реле срабатывает (т. е, замыкает или размыкает свои контакты).
Контактные по принципу действия можно разбить на три группы: электромагнитные, индукционные и тепловые.
Контакторы. Основное назначение коммутационных аппаратов - замыкание и размыкание электрических цепей при переключении их в заданной последовательности. Аппараты, служащие для повторного замыкания и размыкания (под током) электрических цепей, по которым протекают большие токи или которые обладают значительной индуктивностью, называются контакторами. На тепловозах применяют контакторы с электропневматическим (при токах 750-1200 А) и электромагнитным приводами (400 А и меньше). В силовых цепях устанавливают электропневматические контакторы, так как они обеспечивают достаточное нажатие, надежный контакт и быстроту срабатывания.
Контакторы имеют главные и вспомогательные контакты, которые подразделяются на размыкающие и замыкающие. Размыкающий вспомогательный контакт замкнут, когда катушка контакторов обесточена; замыкающий вспомогательный контакт замкнут при включенном контакторе.
Электропневматические поездные контакторы (П1-116)1 применяются для подключения тяговых электродвигателей к тяговому генератору или выпрямительной установке. На тепловозах используются электропневматические контакторы ПК-753Б-6, ПК-754 (тепловозы 2ТЭ116, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 4ТЭ10С, ТЭ10, ТЭП60, ТЭЗ и др.) и ПК-821 (ТЭМ2). Эти контакторы отличаются друг от друга в основном параметрами.
На панели 1 смонтированы неподвижные узлы контактора (рис. 7.4) и цилиндр 2 электропневматического привода. К панели прикреплен отлитый из латуни кронштейн 3, к которому припаяна дугогасительная катушка 4 со стальным сердечником (изолированным от нее). На кронштейне 3 также закреплен главный неподвижный контакт 6. Катушка с сердечником и главные контакт-детали 6 и 7 размещены внутри дугогасительной камеры 5. Ток к подвижной контакт-детали 7 подводится через гибкий медный шунт 1 1.
При подаче напряжения на катушку электропневматического вентиля 15 (типа ВВ-3) воздух поступает в цилиндр 2, поршень 14 со штоком 12 перемещаются вправо. Рычаг 9 поворачивается вокруг оси до тех пор, пока подвижная главная контакт-деталь 7 коснется неподвижной 6. Дальнейший поворот рычага 9 вызывает поворот подвижной контакт-детали 7 вокруг оси 0" и сжатие притирающей пружины 8. При снятии напряжения с катушки вентиля 15 под действием пружины 13 подвижный узел контактора возвращается в исходное положение.
Контактор снабжен вспомогательными контактами 10, состоящими из подвижных изоляционных колодок с медными пластинками, закрепленными на рычаге 9, и неподвижных контактов пальцевого типа, установленных на кронштейне привода. Вспомогательные контакты позволяют осуществлять требуемые зависимости в работе схемы.
" В скобках курсивим дано обозначена" аппаратов для электрической схемы тепловоза 4ТЭ10С (см. вкладку рис. 11.1).
Рис. 7.4. Элсктроиневматический контактор ПК-753Б
Рис. 7.5. Положение контактов при замыкании: а - положение перед замыканием; б - момент начала замыкания; в рабочее положение; Л раствор; Б- - провал контактов
Таблица 7.1
* В числителе для главных контактов, в знаменателе для вспомогательных контактов.
Форма главных контакт-деталей такова, что при замыкании первоначально сходятся их передние концы, затем подвижная контакт-деталь перекатывается по неподвижной до прилегания задних частей. Таким образом, при замыкании происходит относительное скольжение контактных поверхностей под усилием, создаваемым притирающей пружиной 8. Во время размыкания происходит обратное перекатывание и последними размыкаются передние концы контакт-деталей.
Последовательность положения контакт-деталей при замыкании показана на рис. 7.5. При такой работе контакт-деталей уменьшается их изнашивание, предотвращается приваривание и сохраняется рабочая часть. Главные контакты изготовлены из твердо-тянутой меди, из меди с накладкой серебра или металдокерами-ческого сплава и в случае износа могут быть легко заменены. Технические данные контактора ПК-753Б приведены в табл. 7.1.
Контактор ПК-754 отличается от контактора ПК-753Б меньшими габаритными размерами, которые достигнуты за счет уменьшения размеров литого основания пневматического привода. У контакторов типа ПК753-Б6 вместо кожаных манжет в пневматическом приводе используются резиновые, показавшие более надежную работу. Для смазывания резиновых манжет применяется смазка ЦИАТИМ-221. Для повышения срока службы дугогасительной камеры в асбоцементных стенках помешены ситалловые вставки. Кроме того, усилено крепление силовых контактов и дугогасительной катушки.
Групповой контактор типа ПКГ-565 (ВШ1, ВШ2) применяется для подключения резисторов ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. Контактор имеет диафрагменный привод 9, управляемый электроиневматическим вентилем 1 (типа ВВ-3). Шток 8 привода (рис. 7.6) с контактодержателем 2, на которых укреплены подвижные контакты 6 мостикового типа с пружинами 7, перемещается и замыкает главные контакты под воздействием пневматического привода. Неподвижные контакты 5 укреплены на пластмассовых контактодержателях, прикрепленных к уголкам 3. Неподвижные и подвижные контакты имеют металлокерамические накладки.
Размыкание контактов происходит под действием силы тяжести подвижных частей и отключающей пружины 4 при снятии напряжения с катушки вентиля 1. Вспомогательные контакты мостикового типа. Металлокерамические контакты допускают нагрев до 125 °С (медные - до 115 °С) и выполнены без дугогасительного устройства, так как падение напряжения на обмотках возбуждения тяговых двигателей небольшое (до 20 В). Технические данные контактора приведены в табл. 7.1.
Реверсор (IIP) предназначен для изменения направления движения тепловоза путем изменения направления тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей. На тепловозах применяется контактная система барабанного или кулачкового типа, а приводы поршневые и диафрагменные. Поршневой привод для тепловозных реверсоров уже не выпускается. На тепловозе ТЭЗ применен реверсор барабанного типа (ПР-1М) с диафрагменным пневматическим приводом. Реверсоры включают в цепь обмоток возбуждения, а не в цепь якорей электродвигателей, так как в этом случае напряжение между контактами реверсора меньше, а следовательно, и размеры аппарата получаются также меньшими.
На тепловозах ТЭМ2 устанавливают кулачковые реверсорытипа ППК-8200. На тепловозах ТЭ10, 2ТЭ10Л и ТЭП60 применен пневматический кулачковый переключатель типа П ПК-8601, на 2ТЭ116- ППК-8064, рассчитанный на ток 1000 А.
Групповой кулачковый переключатель (реверсор) типа ППК-8063 (рис. 7.7) устанавливается на тепловозах 2ТЭ10В (М и С). Технические данные его приведены в табл. 7.1. Схема работы кулачкового реверсора показана на рис. 7.8.
Пневматический привод 3 реверсора (см. рис. 7.7) диафраг-менного типа и кронштейн 9 связаны с шестью изолированными стойками 7. К четырем стойкам крепятся неподвижные контакты 5, а к двум - подвижные 2.
Фигурные пластмассовые кулачковые шайбы 8 посажены на вал 1, который поворачивается приводом. Привод управляется
Рис. 7.6. Электропневматический групповой контактор ІІКГ-565
электропневматическими вентилями 4 типа ВВ-32. Переключатель имеет устройство для ручного поворота и фиксации контактов в нейтральном положении. По числу тяговых электродвигателей переключатель имеет шесть электрических групп, каждая из которых состоит из четырех неподвижных контактов, укрепленных на стойках, и подвижных, смонтированных на двух качающихся рычагах 6. Каждый рычаг управляется одной кулачковой шайбой 8.
Переключения в обмотках возбуждения двигателей могут осуществляться только в обесточенном состоянии, так как реверсор не имеет дугогасящих устройств. Управление реверсором производится реверсивной рукояткой контроллера машиниста.
Электромагнитные контакторы. Привод контакторов выполнен в виде электромагнита с подвижным якорем. При протекании тока но катушке электромагнита якорь под действием магнитного поля, создаваемого катушкой, притягивается к сердечнику, вследствие чего подвижный контакт прижимается к неподвижному.
Контакторы электромагнитные типа МК (КВ, ВВ, КМН, КТН) используются в цепях возбуждения тяговых генераторов и электро-
Рис. 7.8. Схема работы кулачкового элемента реверсора: а положение «Вперед»; б положение «Назад» (стрелки показывают направление тока в обмотке возбуждения)
двигателей собственных нужд на тепловозах более позднего выпуска. Все элементы контактора (рис. 7.9) собраны на скобе 1. Якорь 12 вращается на призмах, поджимаемых пружинами 7. Главная контактная система 8 состоит из контактной колодки 11 с неподвижными контактными скобами и дугогасительными катушками, траверсы 9 с подвижными контактами мостикового типа и дуго-гасительной камерой 10.
Вспомогательная контактная система 4 состоит из контактных колодок 5 с неподвижными контактными скобами и траверсы 6 с подвижными контактами мостикового типа. Контактор включается катушкой 13, а выключается пружинами. Регулировка растворов и провалов производится пластинами 3 и перемещением колодки 2, ограничивающей ход якоря. Контакторы типа МК рассчитаны на токи включения 100-400 А.
Электромагнитный контактор КПВ-604 (Д1-ДЗ) применяется в цепи пуска дизеля и предназначен для коммутации больших кратковременных токов (до четырехкратного номинального). Контактор (рис. 7.10) собран на основной скобе 4 магнитопровода. На нижнем конце скобы закреплены втягивающая катушка 1 с сердечником 2 и якорь 12. Якорь вставлен в прорезь скобы и двумя пружинами прижимается к ее призме 5. На верхнем конце скобы
закреплено пластмассовое основание 7 с дугогасительным устройством и неподвижным контактом 8.
При подаче напряжения на" катушку к ее сердечнику притягивается якорь, на котором закреплена скоба 6, несущая подвижной контакт 9. Четыре блокировочных контакта 13 мостикового тина расположены справа и слева от катушки. Для переключения их к якорю контактора прикреплена нажимная пластина 3. Чтобы не повредить корпус блокировочных контактов необходимо следить, чтобы при включении нажимная пластина не ударяла по корпусу, а траверса с подвижными контактами имела свободный ход около 1 мм. Притирание главных контактов обеспечивается притирающей пружиной 10, а отключение - возвратной пружиной 1/. Контактор имеет номинальный ток включения 250 А.
Трехполюсный электромагнитный контактор переменного тока типа КМ-2334 (рис. 7.11) используется для включения мотор-вентиляторов холодильной камеры. Электромагнитная система контактора состоит из сердечника 1/, якоря 14 Т-образной формы и двухсекционной катушки 13 постоянного тока. С якорем шарнир-но связана подвижная система, состоящая из скобы 15 и планки 10, к которой крепятся подвижные главные контакты 7 и вспомогательные контакты 3. Подвижная система уравновешена рычагами 12 и грузом противовеса 2. Нажатие контактов 7 создается пружиной 8 и регулируется шайбами 9. Контактная система мостикового типа. Неподвижные главные контакты 4 расположены в камере дугогашения. Гашение электрической дуги происходит в замкнутом пространстве дугогасительной камеры 5, имеющей основание и крышку 6, изготовленные из дугостойких прессматериалов. Все части контактора смонтированы на основании 1.
Контроллер машиниста предназначен для управления передачей мощности тепловоза, частотой вращения вала дизеля и изменения направления движения тепловоза. Переключением реверсивной
Рис. 7.12. Контроллер машиниста КВ-1552: и обший вил; б фиксирующий механизм; я контактный элементрукоятки У (рис. 7.12) контроллера машиниста изменяют напра:5ле-ние движения тепловоза. Изменением положения штурвала 2 или главной рукоятки контроллера меняют частоту вращения вала дизеля, а следовательно, и его мощность.
На тепловозах ТЭ1, ТЭ2, ТЭЗ, ТЭМ1, ТЭМ2, ТЭ10, 2ТЭ10Л и 2ТЭ10В более раннего выпуска установлены контроллеры с ручным управлением типов КВ-16А-12, КВ-150І, КВ-0801, которые отличаются друг от друга различным числом позиций. На тепловозах 2ТЭ116, 2М62, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М и 2ТЭ10С установлены контроллеры КВ-1552, на которых применена контактная система мостико-вого типа, а управление главным барабаном осуществляется штурвалом взамен главной рукоятки. Тепловозы ТЭМ2 и ТЭМ7, предназначенные для работы «в одно лицо», оборудуются контроллерами с ручным и электропневматическим приводом типов КВ11-0854М и КВП-0855МУЗ.
Контроллер (КМ) типа КВ-1552 состоит из корпуса 3, крышки, главного 6 и реверсивного 4 барабанов, кулачковых элементов (шайб) 7, реверсивной рукоятки 1 и штурвала 2. На вал главного барабана набираются кулачковые шайбы, при помощи которых замыкаются и размыкаются в определенной последовательности контактные элементы 5. Позиции главного и реверсивного барабанов фиксируются насаженными на их валы храповиками 12. Фиксация храповика происходит на каждой позиции штурвала или реверсивной рукоятки специальным рычагом 10, фиксатором 9 и пружинами 8 и 1/. Фиксатор является одновременно механической блокировкой реверсивной рукоятки и штурвала, которая исключает перемещение реверсивной рукоятки на ходовых позициях штурвала главного барабана и поворот штурвала на нейтральном (нулевом) положении реверсивной рукоятки.
Реверсивная рукоятка съемная, она им^ет три положения: «Вперед», «Назад» и нейтральное. Снять рукоятку можно только при нулевом положении штурвала. Контактный элемент мостикового типа с двойным разрывом контактов, состоит из пластмассового изолятора 17 и рычага 13, контактных болтов 14, мостиковых контактов 16, держателя и пружин 15, обеспечивающих начальное и конечное контактное нажатие. В рычаге имеется ролик, который, перемещаясь по поверхности кулачковой шайбы, включает или выключает контактный элемент.
Контроллер КВ-1552 имеет следующую техническую характеристику.
Напряжение, В 110
Ток продолжительного режима, А 20
Раствор, мм 8 - 10
Провал, мм 2,0 - 3,0
Нажатие, Н 4 - 6 Угол поворота, град.:
главного барабана 300
реверсивного барабана в обе стороны 35
Число кулачковых элементов главного барабана 11
Число элементов реверсивного барабана 8
Число позиций 15
Контроллер машиниста КВП-0854М, кроме ручного привода, имеет электропневматический привод, обеспечивающий дистанционное управление контроллером. Этот привод состоит из трех цилиндров управления главным барабаном и цилиндра переключения реверсивного барабана.
Привод увеличения или уменьшения позиций (рис. 7.13 "а) состоит из цилиндра 3, поршня 1/, штока 4, на котором укреплены серьга 12 и толкатель 7 с пружиной 6, возвратной пружины 5 и упора 1. При подаче воздуха в цилиндр 3 поршень 1/, перемещаясь, толкает шток 4. При этом толкатель 7 входит в зацепление с зубом храпового колеса главного вала и, перемещая его, переводит главный барабан контроллера на одну позицию. Шток доходит до упора; чтобы смягчить удар, он имеет амортизатор 2.
Рис. 7.13. Контроллер машиниста К Г1В-0854: а- иринод увеличения или уменьшения позиций; 6 привод сброса ікмиций; в - привод переключения реверсивного вала
Когда воздух в цилиндр не поступает, пружина 5 возвращает поршень и шток в исходное положение. Толкатель 7, проходя под зубом храпового колеса, поворачивается вокруг оси 8 и пружина 6 возвращает его в первоначальное положение.
Привод сброса с любого положения на нулевое (рис. 7.13. б) имеет два цилиндра 3 и 14, зубчатую рейку 15, шток 4, манжету 10 и крышки 9 и 13. Шток и зубчатая рейка выполнены раздельно, е тем чтобы усилие трения манжеты не передавалось на главный вал и не влияло на усилие переключения. Рейка 15 постоянно находится в зацеплении с шестерней вала, связанного с главным барабаном контроллера. При нулевом положении штурвала контроллера зубчатая рейка находится в крайнем левом положении. При увеличении позиций шестерня перемешает ее к штоку. При быстром сбросе позиций сжатый воздух перемещает шток 4, а следовательно, и зубчатую рейку до упора, возвращая тем самым контроллер в нулевое положение.
Привод переключения реверсивного барабана (рис. 7.13, б) работает аналогично приводу быстрого сброса позиций, отличие заключается в том, что воздух в цилиндр подается то с одной, то с другой стороны, тем самым переключая реверсивный вал из положения «Вперед» или «Назад» в противоположное без фиксации в нулевом положении. Фиксация главного и реверсивного барабанов, а также контактная система контроллера КВП-0854М такие же, как у контроллера КВ-1552.
Электропневматические вентили ВВІ, ВВЗ, ВВ32 управляют впуском сжатого воздуха в пневматический цилиндр привода или другого устройства и выпхеком этого воздуха в атмосферу. Все вентили включающего типа. При подаче напряжения на катушку вентиль впускает воздух в цилиндр аппарата или другого устройства.
Электропневматический вентиль типа ВВ32 (рис. 7.14, а) имеет электромагнитный привод плунжерного типа. На корпусе 8 вентиля установлена катушка 4, внутри которой имеются направляющие втулки 2 и 6. Подвижная часть состоит из плунжера (якоря) 3 и клапанов 5 и 7. При обесточенной катушке пружина 9 удерживает в верхнем положении подвижную часть. Клапан 7 закрыт, и сжатый воздух из резервуара не поступает в цилиндр привода, а клапан 5 сообщает цилиндр привода с каналом выпуска (атмосферой).
При подаче напряжения па катушку плунжер 3 втягивается в катушку и перемещает подвижную часть вниз. При этом клапан 7 открывает нижнее отверстие, по которому в цилиндр поступает из воздушного резервуара сжатый воздух. Выпускной клапан 5 закрывает верхнее отверстие для выхода воздуха из цилиндра аппарата в атмосферу.
Вентиль снабжен кнопкой 1 для ручной проверки его работы. Катушка вентиля залита эпоксидным компаундом, который образует вокруг обмотки твердый слой, являющийся одновременно и изоляцией, и каркасом. Вентили типов ВВІ и ВВЗ имеют электромагнитный привод клапанного типа; их катушки намотаны на каркасах. Техническая характеристика вентилей приведена в табл. 7.2.
Вентили типа ВВ-1000 (рис. 7.14. б)- это двухпозинионные пмевмораспределители с электромагнитным приводом и пружинным возвратом. Они более надежны, а детали их унифицированы. Пнев-
мораспределитель (клапанный механизм) и электромагнит представляют собой самостоятельные узлы. В корпусе пневмораспределите-ля 12 расположены верхний 13 и нижний 11 затворы и заглушка 10, установленные по подвижной посадке и уплотненные резиновыми кольцами; клапан удерживается в исходном положении пружиной 9. Использование автономных затворов позволяет легко их заменить.
Электромагнит вентиля состоит из ярма 14 с катушкой 4 и установленной в нем по неподвижной посадке втулки 2 с якорем 17 и сердечником 16 со штоком 15. Втулка фиксируется в ярме
Таблица 7.2
Таблица 7.3
пружинным кольцом 19. Полость электромагнита от загрязнения защищена колпачком 20 и кольцами 18. При наладочных работах или аварийных ситуациях вентиль включают вручную, используя кнопку, выполненную заодно с якорем и закрытую колпачком. Включающий и выключающий вентили различаются конструкцией клапанного механизма.
Тяговые электромагниты типов ЭТ-45Б и ЭТ-52Б (MPI - МР4) используются в системе управления дизелем для изменения частоты вращения на тепловозах 2ТЭ10В (М, С), ТЭК), ТЭ1160, 2ТЭ116 и др. Тяговый электромагнит ЭТ-52Б (рис. 7.15) закрытого типа. При прохождении тока по катушке 2 якорь 3 притягивается к сердечнику 1 и перемешает шток 6. Регулировка хода осуществляется винтом 5. Ток срабатывания 0,12 А. Корпус 4 имеет резьбу для ввинчивания магнита в корпус регулятора частоты вращения вала дизеля.
Электромагнит ЭТ-54Б для включения в схему имеет штепсельный разъем. Технические данные электромагнитов приведены в табл. 7.3.
Кнопочные выключатели, тумблеры, разъединители. Включение и выключение цепей управления, освещения и цепей вспомогательных электрических машин выполняют кнопочными выключателями (ВК). На тепловозах более раннего выпуска применяются кнопочные выключатели, имеющие по 12 кнопок, из которых две имеют возвращающую пружину (с самовозвратом) для пуска дизеля.
Рис. 7.15. Электромагнит ЭТ-52Б
Рис. 7.16. Кнопочный выключатель
Во всех этих выключателях применен один и тот же кнопочный элемент.
Каждая кнопка (рис. 7.16) имеет два неподвижных стальных пальца 5, привинченных к деревянной рейке 6, и подвижной фибровый ползун 4, на котором укреплена медная контактная планка 3. Ползун соединен стержнем 2 с пуговкой (головкой) 1 кнопки; он имеет канавку для фиксации кнопки в выключенном положении.
Кнопочные выключатели снабжены механическим замком, рукоятка которого может быть вставлена и вынута только при включенных и запертых кнопках. На тепловозах 2ТЭ10В вместо кнопочных выключателей до 1984 г. устанавливались автоматы типа А-3161 на 15 и 20 А. С 1984 г. на тепловозах устанавливают автоматические выключатели типа АЕ-25, специально разработанные для подвижного состава.
Выключатель кнопочный ножной (КН) используется на всех тепловозах как педаль песочницы или тифона. Это выключатель с двумя пальцами и скользящим контактом. Он рассчитан на ток 10 А при напряжении 75 В. Нажатие пальцев 10- -20 Н. На всех тепловозах установлен разъединитель батареи (ВБ), который представляет собой двухполюсный рубильник, установленный на изоляционной доске и имеющий дистанционный рычажный привод.
Выключатель реле заземления (ВРЗ) типа ГВ-27А установлен на тепловозе ТЭЗ. Это трехполюсный рубильник, рассчитанный на продолжительный ток 80 А и номинальное напряжение 250 В. На других тепловозах для реле заземления применены отключатели однополюсные типа ГВ-25Б с теми же характеристиками.
На тепловозах 2ТЭ10В (М, С) в качестве отключателей тяговых двигателей применены двухполюсные тумблеры типа ТВ 1-2. На тепловозах ТЭЗ, ТЭМ1 и ТЭМ2 используются стандартные универсальные переключатели типа УП-5312ТС8Б, которые имеют набор контактных элементов с обшей рукояткой. При повороте рукоятки переключателя шайбы поворачиваются и замыкают те или другие электрические цепи. Такого же типа переключатель на тепловозах 2ТЭ10В (М, С) использован для аварийного отключения дизеля (АР).
Тумблеры ПКР, УТ, УП и другие выключатели типов ТВ-2 и ТВ1-4 применяются в качестве переключателя режимов, управления тепловозом, для отключения управления переходом на ослабленное возбуждение, управление жалюзи холодильника, муфтой вентилятора, в цепях освещения, для включения цепи дополнительного регулирования и др. Выключатели (рис. 7.17) рассчитаны на 220 В и 5 А, неразборные. Так как расстояние от оси 3 до средней части скоса сектора 4 минимальное по отношению к остальным точкам скоса, то ручка 2 при повороте переходит в одной из крайних положений (прд действием пружины), поворачивая сектор 4 также в одной из крайних положений. Один из контактных мостиков 5 сходит с пары неподвижных серебряных контактов 1, размыкая их, а второй замыкает другую пару контактов 1.
Автоматические выключатели типа АЕ-25 применяются для защиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий. Устройство выключателя АЕ-25 показано на рис. 7.18, а техническая характеристика приведена в табл. 7.4. Устройство выключателя А3700, используемого в цепи уравнительных соединений, аналогично выключателю АЕ-25, но он имеет трехполюсное исполнение.
Та 6л и ца 7.4
Операция включения или отключения выключателя осуществляется переводом рукоятки соответственно в верхнее или нижне-положение. Автомат смонтирован на основании 1, на котором размещены все его части, закрывающиеся крышкой 3. Коммутирующее устройства состоит из подвижного 4 и неподвижного 10 контактов. Гашение дуги при разрыве контактов происходит в деионной решетке 11 дугогасительной камеры. Автоматическое отключение производится электромагнитным расцепителем максимального тока 9 при коротком замыкании и тепловым расцепителем тока 8 при возникновении перегрузки. При этом незакрепленный конец биметаллической пластинки теплового максимального расцепителя 8 нажимает на рейку 7 и освобождает" защелку механизма управления 5; под действием пружины подвижной контакт займет разомкнутое положение, а рукоятка 6- нейтральное. Для включения выключателя после его автоматического выключения предварительно необхо-
димо движением рукоятки вниз до отказа ввести рычаг взвода в зацепление с рейкой 7, после чего рукоятку перевести вверх до отказа. При автоматическом срабатывании выключателя повторно его включают не ранее 1 мин после срабатывания. Выключатели снабжены пламегасительным устройством 2. Выключатели рассчитаны для работы до полного износа без зачистки контактов и смены частей, но содержать их следует чистыми.
Реле управления (РУ). Реле предназначены для коммутации цепей управления. Реле управления типа Р-45М имеют различные модификации в зависимости от числа и типа контактов. Реле исполняют с двумя видами контактов пальцевыми и мостиковыми.
Якорь 3 (рис. 7.19) реле свободно качается на кронштейне 4. Когда катушка 1 обесточена, пружина 6 отжимает якорь от сердечника 2, при этом контакты разомкнуты. Когда катушка обтекается током, якорь притягивается к сердечнику 2, преодолевая сопротивление пружины, при этом контакты 7 и 8 реле замыкаются. Контакты реле имеют следующую характеристику.
Пальцевого типа Мостикового типа
Ток продолжительного режима, А 10 2
Раствор, мм 7,5 3 - 6
Провал, мм 3 2-3
Нажатие, Н 27 - 33 11 - 13
Реле регулируют на необходимое значение тока срабатывания изменением затяжки пружины винтом 5. Пружина 9 служит для притирания контактов.
На тепловозах последних выпусков устанавливают реле управления типа ТРПУ-1. Оно рассчитано на напряжение до 110 В, допустимый ток продолжительного режима контактов 5 А, имеет меньшие габаритные размеры и массу по сравнению с Р-45М. Реле связано с электрической схемой при помощи штепсельных разъемов.
Электромагнитное реле ТРПУ-1 (рис. 7.20) состоит из скобы (маг-нитопровода) 7, катушки 5 с сердечником 6, ягоря 9, замыкающих 1 и размыкающих 2 контактов. При прохождении тока по катушке якорь притягивается к сердечнику, и через траверсу 3 происходит замыкание или размыкание контактов. После снятия напряжения пружина 8 устанавливает якорь в исходное положение, при этом замыкающие контакты размыкаются, а размыкающие замыкаются. Ход -якоря ограничивается угольником 4. Контакты реле имеют серебряные наплавки.
В сетях напряжением до 1 кВ широко используются различные коммутационные аппараты, например, автоматические выключатели , которые предназначены для отсоединения отдельных обесточенных частей от напряжения или для ручного включения и отключения электрической цепи в нормальных режимах при токах, не превышающих 0.2-1 номинального тока выключателя.
Переключатель – это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для переключения электрических цепей. В распределительных устройства в слаботочных цепях автоматики широкое применение получили пакетные переключатели и выключатели. Пакетные выключатели не обеспечивают видимого разрыва цепи, поэтому в некоторых цепях устанавливают рубильники.
Рубильники предназначены для ручного включения и отключения цепей постоянного и переменного тока выше 1 кВ. Важнейшей частью рубильника являются контакты. Обычно применяют линейные контакты рубящего типа.
Предохранители – это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.
В большинстве предохранителей отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи.
Предохранитель включается последовательно в защищаемую цепь, для создания видимого разрыва используется неавтоматический выключатель (рубильник). Основными элементами предохранителя являются корпус,
Плавкая вставка (плавкий элемент), контактная часть, дугогасительное устройство и дугогасительная среда.
Предохранители до 1 кВ изготовляются на номинальные токи до 1000 А.
25 Автоматические выключатели
Автоматический выключатель предназначен для коммутации цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей.
Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного до 1000 В и постоянного тока до 440 В. Они имеют реле прямого действия, называемого расцепителями, которые обеспечивают отключение при пере-грузках, КЗ, снижения напряжения. Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой.
Автоматические выключатели изготовляют с ручным и двигательным приводом.. Основные элементы автоматического выключателя: контактная система, максимальный расцепитель главные и дугогасительные контакты.
Типы автоматических выключателей – серии А3700 выпускаются на токи до 630 А, напряжением до 660В; серии «Электрон» изготовляется для цепей переменного тока от 1000 до 6300 А, напряжением до 660В. Выключатели этой серии снабжены электродвигательным или электромагнитным приводом, который обеспечивает дистанционное включение. Отключение может осуществляться кнопкой ручного отключения, независимым расцепителем и максимальной токовой защитой, выполненной на полупроводниковых блоках.
Автоматические выключатели серии АВМ выпускают на номинальные токи до 2000А и напряжением до 500 В переменного и 440 В постоянного тока. Эти выключатели имеют максимальные расцепители с обратнозависимой выдержкой времени при перегрузках, которая достигается за счет часовых механизмов.
Привод может быть ручным, рычажным или электромагнитным. Выключатели АВМ изготовляют для стационарной установки или выдвижным для комплектных распределительных устройств.
Кроме рассмотренных серий автоматических выключателей, для защиты электрических цепей от перегрузок и токов КЗ применяют выключатели АЕ-1000; АЕ-2000; АК-63; А-63; АВ-45 и др.
Автоматы гашения поля предназначены для отключения токов обмотке возбуждения генераторов. Автомат имеет главные контакты, расположенные открыто и дугогасительные контакты в камере гашения дуги.
Контакторы и пускатели
Контактор – это коммутационный аппарат с самовозвратом, предназначенный для частых коммутаций токов, не превышающих токи перегрузки, и приводимый в действие приводом. Электромагнитные контакторы нашли широкое применение в электроустановках Включение контактной системы в них осуществляется электромагнитом.
В отличие от автоматических выключателей контакторы не имеют механических устройств, запирающих контактор в положении «включено». Во включенном положении контактор удерживается электромагнитом.
Пускатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для пуска останова и защиты электродвигателей.
Магнитные пускатели состоят из электромагнитного контактора, встроенных тепловых реле и вспомагательных контактов.