Аппаратура управления и защиты (блок комплексных защит (БКЗ))

Главными функциями аппаратуры управления и защиты являются: включение и отключение электроприемников и электрических цепей; электрическая защита их от перегрузки, коротких замыканий, от понижения напряжения или самопуска. При помощи аппаратов управления осуществляют регулирование частоты вращения, реверсирование и электрическое торможение двигателей.

В зависимости от того, какие из указанных функций выполняет аппарат, определяются его название, конструкция и схема соединений. Аппарат может срабатывать при воздействии оператора или независимо от него, под влиянием физических процессов в электрической цепи. Аппараты первого типа называются ручными, аппараты второго типа — автоматическими.

Как правило, аппаратура устанавливается в панелях управления, распределительных устройствах и пультах управления, заключенных в шкафы.

Рубильники обычно применяются только в качестве вводных аппаратов, предназначенных для снятия напряжения с установки в случае длительного перерыва в ее работе. Рабочий ток обычно выключают каким-либо другим аппаратом (контактором или контроллером). Рубильники могут иметь различное число полюсов (1, 2 или 3), их изготовляют на напряжение до 660 В и ток до 2 500 А. Рубильник устанавливают на отдельном основании или непосредственно на щите, для переднего или заднего присоединения проводов. Рубильники могут быть с центральной рукояткой или рычажным приводом; в последнем случае рубильник монтируют на задней стороне щита. Чтобы уменьшить вероятность прикосновения к токоведущим частям, рубильники обычно закрывают кожухом из изоляционного нагревостойкого материала.

Недостатком рубильников являются их большие габариты. В настоящее время для экономии места и уменьшения опасности прикосновения к токоведущим частям применяют пакетные и автоматические (автоматы) выключатели. Пакетные выключатели и переключатели служат для включения и отключения цепей постоянного и переменного тока от 10 до 1000 А в сетях с напряжением до 660 В.

Это малогабаритный отключающий аппарат, как правило, круглой формы (рис. 6.2.). В неподвижные кольца 5 из изоляционного материала вмонтированы контакты 3. Внутри колец размещаются подвижные диски 8 с контактными пластинами, закрепленными на оси 7. В крышке 6 помещено пружинное приспособление, с помощью которого достигается быстрое замыкание и размыкание контактов, независимо от скорости поворота ручки 1.

Выключатель собирается и крепится к крышке с помощью скобы 4 и шпилек 2.

Для управления двигателями с фазным ротором требуется большое число переключений, необходимых для ввода или вывода дополнительных сопротивлений.

 

Рис 6.2 Пакетный выключатель

Эту операцию выполняют контроллеры, которые различают на барабанные и кулачковые (рис. 6.3).

Подвижные контакты барабанного контроллера, имеющие форму сегментов 4, крепятся на валу 5. Неподвижные контакты 3 размещаются на вертикальной рейке 2 и к ним присоединяются внешние цепи. Контактные сегменты соединяются друг с другом по определенной схеме, и, кроме того, они имеют разную длину дуги.

При повороте вала контроллера сегменты поочередно входят в соприкосновение с неподвижными контактами, и осуществляется включение или отключение цепи.

 

 

Рис 6.3 Контроллер а - барабанный, б – кулачковый.

Вал контроллера снабжается фиксатором 1, обеспечивающим ему несколько фиксированных положений.

Кулачковые контроллеры совершеннее барабанных. На валу 5 крепятся диски фасонного профиля 6, которые воздействуют своей боковой поверхностью на ролик контактного рычага 7, определяя тем самым замкнутое или разомкнутое положение контактов 4 и 3.

Переключения в силовых цепях с помощью контроллеров требует от оператора значительных физических усилий. Поэтому в установках с частыми переключениями для этой цели используются контакторы.

Принцип действия их основан на использовании в управлении силовыми контактами электромагнитной системы. Конструкция контактора приведена на рис. 6.4.

Рис 6.4 Контактор

 

На изолированной плите 1 жестко укреплен неподвижный силовой контакт 2. На рычаге 3 шарнирно прикрепленном к плите имеется подвижный силовой контакт 4.

Для управления силовыми контактами на плите смонтирована магнитная система, состоящая из сердечника 5 с катушкой 6 и якоря 7, прикрепленного к рычагу 3. Токоподвод к подвижному контакту осуществляется гибким проводником 8.

При подключении к сети катушки 6 произойдет магнитное притяжение сердечником 5 якоря 7 и замыкание силовых контактов 2 и 4. Для разрыва силовой цепи отключают катушку 6, и якорь под собственным весом отпадает от сердечника.

Помимо силовых контактов, в аппарате имеется ряд блокировочных 9, назначение которых будет показано ниже.

Электрическая цепь катушки электромагнита является вспомогательной или управляющей.

Для управления его применяются кнопки управления. Кнопки бывают одноцепные и двухцепные с замыкающими и размыкающими контактами. В большинстве случаев кнопки делаются с самовозвратом, т.е. при снятии механического давления их контакты возвращаются в исходное положение. На рис. 6.5 показана конструкция кнопки с двумя парами контактов: замыкающими и размыкающими.

 

Рис 6.5 Конструкция кнопки управления

Для защиты электродвигателя от перегрузки в контактор монтируются два тепловых реле (на две фазы). В этом случае контактор называется магнитным пускателем.

Основной деталью теплового реле (рис. 6.6) является биметаллическая пластинка 1, состоящая из двух сплавов с различными коэффициентами расширения.

Рис 6.6 Тепловое реле

Пластинка одним концом жестко прикреплена к основанию прибора, а другим упирается в защелку 2, которая под действием пружины 3 стремится повернуться против часовой стрелки. Рядом с биметаллической пластинкой помещается нагреватель 4, включаемый последовательно с двигателем. Когда по силовой цепи потечет большой ток, то температура нагревателя повысится. Биметаллическая пластина прогнется кверху и освободит защелку 2. Под действием пружины 3 защелка поворачивается и через изоляционную пластину 5 размыкает контакты 6 в цепи управления пускателем. Возврат реле возможен только после остывании пластины 1. Он осуществляется нажатием кнопки 7.

Для защиты электроустановок от перегрузок используются также плавкие предохранители. Это неуправляемый аппарат, в котором перегрузка вызывает перегорание плавной вставки, изготовленной из легкоплавкого материала. Предохранители бывает пробчатыми и трубчатыми (рис. 6.7).

Рис 6.7 Предохранители

Существуют также и управляемые аппараты, защищающие электрооборудование от перегрузок. К ним относится реле максимального тока (рис. 6.8).

Катушка реле 1 рассчитана на протекание тока в силовой цепи. Для этого она имеет обмотку, изготовленную из провода достаточного поперечного сечения.

При токе, на который настроено реле, произойдет притяжение якоря 2 к сердечнику 3 катушки и с помощью контактного мостика 4 размыкаются контакты 5 в цепи управления магнитного пускателя. Это реле само прервет электроснабжение установки от источника тока.

Рис 6.8 Реле максимального тока

Нередко встречаются случаи, когда необходимо отключить электроустановку от сети, если уровень напряжения достиг, значения меньше допустимого. Для этой цели используется реле минимального напряжения. Его конструкция напоминает любое электромагнитное реле, но срабатывание здесь происходит при понижении намагниченности катушки и отпадания от нее якоря с контактной системой.

Особое место в схемах защиты электрических установок занимает реле времени. Существуют как электромеханические, так и электронные реле времени.

Рассмотрим конструкцию реле времени типа ЭВ (рис. 6.9.).

Рис 6.9 Реле времени

Основным узлом реле является часовой механизм 2, запускаемый электромагнитной системой 1. Катушка реле включается в силовую цепь и при ее срабатывании часовой механизм вводится в действие. По истечении определенного отрезка времени замкнутся контакты реле и электроустановка отключится от сети. Реле позволяет осуществлять его настройку на различные режимы его работы.

В последние годы получили распространение приборы, в которых электромагнитная и контактная системы объединены в одно целое. Это так называемые герконы (рис. 6.10).

Рис 6.10 Конструкция герконов

В герметизированной колбе, заполненной инертным газом, впаяны две или три контактные пластины из пермалоя. Сами контакты (из золота или серебра) находятся на свободных концах пластин. При приближении к геркону постоянного магнита или катушки с током произойдет замыкание или размыкание контактов.

В связи с развитием радиоэлектроники системы автоматического управления пополнились рядом бесконтактных логических элементов. Передачу и преобразование информации от датчика к исполнительному органу можно осуществлять просто, если различать два уровня (две величины) сигнала, каждый из которых может соответствовать, например, символам 0 и 1 или понятиям истинности "да" и "нет". В этом случае сигнал в любой момент времени имеет один из двух возможных значений и называется двоичным сигналом.