Глава III
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В
§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ
Аппаратура управления и защиты предназначена для выполнения ряда функций при нормальном и аварийном режимах работы электрооборудования. Аппаратура позволяет осуществлять пуск, регулирование частоты вращения, останов, реверс электродвигателей, а также контроль за их работой, автоматическую защиту при недопустимых режимах и другие операции.
Аппаратуру можно классифицировать по следующим признакам:
назначению — аппаратура управления, защиты, контроля, измерения, сигнализации;
способу управления — ручного, дистанционного, дистанционно-автоматизированного и автоматического управления;
роду тока — переменного, постоянного и выпрямленного; величине напряжения —до 1000 В, свыше 1000 В; принципу действия — электромагнитная, магнитоэлектрическая; индукционная, тепловая и т. д.;
роду защиты от окружающей среды — открытого, брызгозащищенного, закрытого, рудничного исполнения;
ряду других факторов — способу гашения электрической дуги, быстроте срабатывания, габаритам и т. п.
Каждый электрический аппарат должен обладать высокой термической и электродинамической стойкостью, выдерживать необходимый режим работы при допустимых колебаниях напряжения, быть простым по устройству, удобным в обслуживании и технологичным в производстве, иметь взаимозаменяемые узлы и детали для аппаратов одной серии.
§ 2. УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ
В зависимости от назначения схемы могут быть принципиальными, структурными, функциональными, соединений (монтажными) и др. Принципиальной схемой определяются полный состав элементов и связи между ними и, как правило, дается детальное представление о принципах работы конкретной электроустановки. На структурной схеме показывают основные функциональные части установки, их назначение и взаимосвязи. Из функциональной схемы можно уяснить процессы, протекающие в отдельных цепях, или в установке в целом. На монтажных схемах изображают соединения составных частей электроустановки и определяют соединительные связи.
Все схемы выполняют без соблюдения масштаба, компактно, но без ущерба д-ля ясности и удобства их чтения. Схемы вычерчивают для установок, находящихся в отключенном положении. Условные графические обозначения элементов вычерчивают на схеме в положении, в котором они изображены в соответствующих стандартах, или повернутыми на угол, кратный 90°. Условные графические обозначения в схемах выполняют совмещенным или разнесенным способом, в однолинейном или многолинейном изображении. При изображении на одной схеме различных по параметрам цепей допускается выполнять их линиями неодинаковой толщины. Рекомендуется различать цепи первичной и вторичной коммутации, силовые цепи и цепи управления и т. п.
Каждый элемент, изображенный на схеме, должен иметь буквенно-цифровое обозначение, составленное из буквенного обозначения и порядкового номера, проставленного возле него. Буквенное обозначение должно представлять собой сокращенное наименование элемента, составленное из его начальных или характерных букв.
Для указания назначения отдельных элементов в конкретной схеме допускается присваивать этим элементам буквенные позиционные обозначения: например, КнП — кнопка «Пуск», КнС — кнопка «Стоп». Порядковые номера элементам следует присваивать, начиная с единицы, в пределах группы элементов, которые имеют одинаковое буквенное обозначение. Если в схеме встречается только один элемент, то порядковый номер можно не ставить. Порядковые номера нужно присваивать в соответствии с последовательностью расположения элементов на схеме, причем, как правило, счет ведется сверху вниз в направлении слева направо. При необходимости допускается изменять последователь, ность присвоения порядковых номеров, на что оказывают влияние размещение элементов схемы, направление прохождения сигналов или последовательность описания схемы.
В электрических схемах допускается изображать механическую связь, которая указывает на принадлежность отдельных элементов к одному узлу. На схемах около условных графических обозначений, назначение и использование которых в условиях эксплуатации требует пояснения, должны помещаться соответствующие надписи. Конкретные данные об элементах схемы могут быть внесены в перечень элементов, который оформляют в виде таблицы, заполняемой сверху вниз. Связь перечня с условными графическими обозначениями должна осуществляться через позиционные обозначения.
Наиболее часто встречающиеся условные обозначения элементов в электрических схемах приведены в табл., 8.
Таблица 8
§ 3. КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА АППАРАТОВ УПРАВЛЕНИЯ
Электрическим контактом называется соединение двух проводников, позволяющее проводить ток. Такие проводники называют контактными элементами, или контактами, а встроенные в аппараты они образуют контактную систему.
В зависимости от возможного перемещения одного контакта относительно другого они делятся на три группы: 1) неразмыкаемые — в процессе работы перемещение отсутствует, например, присоединение проводников к зажимам; 2) коммутирующие — замыкают, размыкают или переключают электрические цепи, например контакты контакторов, выключателей; 3) скользящие — одна деталь скользит по другой без нарушения электрического контакта, например контакты реостатов.
По форме контактирования различают контакты: I) точечные — только одна площадка (точка) контактирования, например сфера — сфера; 2) линейные — несколько площадок контактирования по линии, например цилиндр—цилиндр; 3) поверхностные — минимум три площадки контактирования на поверхности, что обеспечивает более надежный контакт.
Площадки контактирования обладают относительно большим электрическим сопротивлением переходу тока из одной соприкасающейся части в другую, называемым переходным сопротивлением контакта. Переходное сопротивление зависит от состояния поверхности контактов (характера обработки, степени окисления), величины контактного нажатия, температуры, свойств материала контактов, степени износа контактных поверхностей.
В качестве материала для контактов применяют медь, серебро, вольфрам, металлокерамические материалы. Материал для контактов должен удовлетворять следующим требованиям: иметь хорошую электропроводность и теплопроводность, обладать высокой температурой плавления, быть стойким против коррозии и образования пленок с высоким удельным сопротивлением, иметь малую твердость для снижения усилий нажатия, но высокую твердость для уменьшения механического износа при частых коммутационных переключениях, быть простым в обработке, иметь низкую стоимость.
Рассмотрим некоторые свойства отдельных материалов. Медь хорошо проводит электрический ток и тепло, обладает достаточной твердостью, что позволяет применять ее в аппаратах с большим числом включений. В то же время медь требует значительных усилий нажатия, имеет низкую температуру плавления, легко покрывается на воздухе слоем окисла с высоким удельным сопротивлением, что устранимо при покрытии меди слоем серебра толщиной 20—30 мкм. Серебро лучше меди проводит электрический ток и тепло, требует меньших усилий нажатия при замыкании контактов, имеет низкое сопротивление пленки окислов, являясь в целом хорошим материалом для контактов, размыкающих цепь после снятия напряжения. Однако малая твердость и слабая дугостойкость не позволяют применять серебро при токах свыше 20 А и частых включениях. Вольфрам обладает высокой дугостойкостью, твердостью, значительной стойкостью против эрозии и сваривания, но имеет малую теплопроводность, высокое удельное сопротивление, легко образует прочные пленки окислов, требует больших усилий нажатия. Таким образом, ни один из перечисленных материалов не обладает полностью всеми наиболее важными свойствами, необходимыми для изготовления контактов.
Материалы с высокой электропроводностью в сочетании с высокой дугостойкостью получают из металлокерамики. Для контактной системы электроаппаратов общего назначения применяют металлокерамические материалы марки СОК-6, а для шахтных электроаппаратов—марки СОК-15, которые состоят соответственно из 92 и 85% серебра и 8 и 15% окиси кадмия. Основу контактов составляет серебро, которое обеспечивает высокую электро- и теплопроводность, а окись кадмия — износо- и термостойкость, устойчивость против коррозии и препятствует привариванию контактов в работе. Такие контакты отличаются большой надежностью, требуют малых усилий нажатия, обладают низким и устойчивым переходным сопротивлением.
Контакты выполняют цилиндрической или прямоугольной формы. Рабочая поверхность их может быть сферической, плоской или цилиндрической. При необходимости увеличения разрывной мощности аппаратов увеличивают размеры контактов или применяют двойные контакты.
При замыкании и размыкании контактов из любого материала между ними образуется электрическая дуга, температура которой может достигать 6000—18 000 К, что приводит к преждевременному износу контактов. Для продления срока их службы применяют различные способы гашения дуги. Распространение получили устанавливаемые на контактах дугогасительные камеры 1 (см. рис. 18, а) с дугогасительными решетками 2, набранными из стальных омедненных пластин, заключенных между двумя асбоцементными стенками. Такое устройство называется деион ной решеткой. Принцип ее действия состоит в том, что при разрыве контактов под действием магнитного поля дуга задувается в решетку, разрывается между пластинами на ряд коротких дуг и при прохождении синусоидального тока через нулевое значение гаснет. Охлаждению дуги способствует отдача тепла стальным пластинам. В цепях постоянного тока применяют дугогасительные катушки.
