Глава III.
АППАРАТУРА СУДОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
§ 13. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ
Под управлением электрическими установками понимают выполнение операций по их пуску, обеспечению требуемого технологического режима, регулировке в процессе работы, торможению и остановке. Все эти операции осуществляются посредством специальной электрической аппаратуры (выключателей, переключателей, кнопочных постов, командоконтроллеров и контроллеров, контакторов, реле и т. д.). Управление может быть ручным и автоматическим.
Во время работы электрических установок и устройств возможны непредусмотренные отклонения от заданных условий или резкое изменение контролируемых рабочих параметров, приводящие к авариям. Для предотвращения подобных случаев, защиты оборудования, сетей и обслуживающего персонала от нарушения нормальных эксплуатационных режимов служит защитная аппаратура.
Судовая аппаратура управления и защиты должна соответствовать судовым условиям, быть надежной и безотказной в работе, отличаться высокой прочностью, компактностью и экономичностью.
В электрических аппаратах применяют изоляционные материалы в основном классов В и Н, имеющие высокие диэлектрические свойства, тепло- и маслостойкие, негигроскопичные.
Основными узлами электрических аппаратов управления и защиты являются контактные соединения, дугогасительные устройства, магнитная система (у электромагнитных аппаратов). Контактные соединения — один из наиболее ответственных узлов аппарата. От их конструктивного исполнения и состояния в основном зависит надежность работы аппарата.
Контактные соединения могут быть неподвижные и подвижные. Неподвижные системы применяют для жесткого (неразъемного) соединения между собой различных токоведущих частей. В подвижных системах электрическое соединение цепей осуществляется путем соприкосновения контактных поверхностей двух или нескольких контактов — подвижных с неподвижными.
Различают контакты главные и блок-контакты. Главные контакты выполняют коммутационные функции в главных цепях, блок-контакты — в цепях управления, сигнализации и контроля.
Сопротивление электрического контакта в месте соприкосновения контактных поверхностей называется переходным. Величина его зависит от материала, формы и состояния контактной поверхности и силы нажатия контактов.
Для уменьшения величины переходного сопротивления и повышения износоустойчивости контакты наиболее ответственных соединений изготовляют из серебра, платины и сплавов серебра с вольфрамом, никелем, кадмием и др.
Дугогасительные устройства электрических аппаратов предназначены для защиты контактных соединений от действия электрических дуг, возникающих в зазоре между контактами при их размыкании.
Температура электрической дуги достигает нескольких тысяч градусов, и под ее воздействием происходит разрушение контактных поверхностей.
Методы гашения электрической дуги основаны на деионизации промежутка между контактами. Наиболее распространенными методами гашения дуги являются:
растягивание ее под действием сильного магнитного поля, создаваемого специальной катушкой, располагаемой вблизи контактного соединения;
охлаждение, как это делается в трубчатых предохранителях с фибровым патроном и в пакетных выключателях, где под воздействием дуги фиброй выделяется значительное количество водорода, что резко снижает температуру дуги;
дробление дуги на ряд мелких дуг в камерах с деионной решеткой.
Во многих аппаратах управления (контакторах, реле, автоматических воздушных выключателях) для гашения электрической дуги применяют дугогасительные устройства, сочетающие магнитное гашение с дроблением дуги на деионных решетках.
В аппаратах, в которых при размыкании контактов возникают сравнительно небольшие дуговые разряды, контакты шунтируют конденсаторами и энергия дугового разряда расходуется на заряд конденсатора.
Магнитные системы аппаратов управления и защиты выполняют основные функции замыкания или размыкания контактов. В состав магнитной системы входят электромагнитная катушка, ярмо и якорь, который механически связан с контактной системой. При включении под напряжение электромагнитной катушки якорь притягивается к сердечнику, что сопровождается замыканием (реже — размыканием) контактов.
Сердечники (магнитопроводы) электромагнитных катушек изготовляют из магнитомягких материалов. Магнитопроводы аппаратов переменного тока, быстродействующих и высокочувствительных реле собирают из тонких стальных пластин толщиной 0,5 мм.
После отключения электромагнитной катушки иногда наблюдается «прилипание» якоря к сердечнику под действием остаточной магнитной индукции. Для предотвращения этого явления в аппаратах постоянного тока применяют немагнитные прокладки толщиной 0,1—0,2 мм, создающие некоторый зазор между сердечником и якорем. В аппаратах переменного тока между подвижной и неподвижной частями магнитопровода образуется воздушный зазор 0,15—0,2 мм.
В аппаратах переменного тока возникает вибрация якоря в положении, когда он притянут к сердечнику. Это объясняется действием переменного магнитного поля. Вибрация якоря сопровождается гудением и создает дополнительные усилия в механической системе аппарата.
Для сглаживания вибрации на сердечнике электромагнита помещают медный короткозамкнутый виток, магнитное поле которого сдвинуто по фазе на 90°. В результате магнитный поток и тяговое усилие магнитной системы будут сохранять некоторую минимальную величину, обеспечивающую притяжение якоря к сердечнику.
Нередко выполнение отдельных операций по управлению электродвигателями требует некоторой выдержки времени, что может быть достигнуто электромагнитным путем. На сердечник магнитной системы помещают медную демпферную гильзу и на нее уже насаживают втягивающую катушку аппарата. При включении катушки под напряжение создается сильное магнитное поле, под действием которого якорь притягивается к сердечнику.
При отключении катушки магнитный поток практически должен исчезнуть мгновенно. Однако, исчезая, магнитный поток пересекает демпферную гильзу и индуктирует в ней вихревые токи. Последние создают магнитные потоки, замыкающиеся по тому же пути, что и основной магнитный поток и совпадающие с ним по направлению. Исчезновение магнитного потока замедляется и создается определенная выдержка времени (до 5 с) отпадания якоря от сердечника.
При выборе аппаратуры управления следует иметь в виду, что аппараты постоянного тока при всех условиях надежнее аппаратов переменного тока. В особо ответственных случаях в сетях переменного тока применяют контакторы и реле постоянного тока, включаемые через полупроводниковые выпрямители.
