Рубильники и переключатели.
Рубильником называется электрический аппарат, предназначенный для неавтоматического (ручного) включения и отключения цепей переменного и постоянного тока напряжением до 500 В. Рубильники изготовляются в одно-, двух- и трехполюсном исполнении на токи до 1000 А с передним или задним присоединением проводов. Двух- и трехполюсные рубильники, как правило, имеют соединение полюсов траверсой из диэлектрического материала и привод от одной общей рукоятки, обеспечивающий одновременное включение и отключение полюсов. Рубильники выполняют с центральными рукоятками, боковым и рычажным приводами.
Для установки на лицевой стороне панелей или щитов выбирают рубильники с центральными рукоятками или с боковым приводом. При установке на задней стороне щита применяют рубильники с рычажным приводом. На рис. 50 показана схема рубильников с боковым приводом типа РБ-34 и с рычажным приводом типа РП-3/250. Рубильники РБ предназначены для нечастых неавтоматических замыканий электрических цепей постоянного тока напряжением до 440 В и переменного тока частотой 50 Гц напряжением до 500 В. Рубильники типа РБ-32 рассчитаны на ток до 250 А, а типа РБ-33 — на ток до 400 А. Их масса составляет 5,25 и 7,66 кг соответственно. Такие рубильники предназначены для эксплуатации в закрытых помещениях при относительной влажности воздуха до 60%.
Рис. 50. Схемы трехполюсных рубильников:
а — с боковым приводом, б —с рычажным приводом на напряжение до 600 В
Рубильники с рычажным приводом типа РП-3/250 рассчитаны на ток 200 А и номинальное напряжение 500 В. Они устанавливаются вертикально на панелях или щитах распределительных устройств в помещениях с колебаниями температуры окружающего воздуха от 35 и до —40 С. Основание рубильника крепится болтами с задней стороны панели, а рычажного привода к нему — с лицевой стороны. Рубильники типа РП-5 с рычажным приводом выпускаются на номинальные токи 600 и 1000 А.
В ряде конструкций рубильников, кроме основного контактного ножа, предусмотрены разрывные дугогасительные контакты, например угольные. При использовании рубильников в качестве пусковых устройств для включения и отключения электрических двигателей их мощность не должна превышать 15 кВт, а номинальный ток рубильника должен быть не меньше трехкратного номинального тока электродвигателя.
Для сравнительно небольших токов используют так называемые пакетные или пакетно-кулачковые выключатели и переключатели. В этих выключателях полюса набираются в виде отдельных пакетов, и переключение осуществляется при повороте ручки вокруг своей оси по часовой стрелке. Отечественная электропромышленность изготавливает пакетно-кулачковые выключатели типа ПКВ и переключатели типа ПКП на номинальное напряжение 440 В и токи 10, 25, 40, 63, 100 и 160 А, обладающие высокой механической и электрической износостойкостью. Эти аппараты применяют для коммутации отдельных участков электрических цепей и ручного управления асинхронными электродвигателями небольшой мощности. Неподвижные контакты аппарата выполняют в виде петли, что позволяет улучшить процесс гашения электрической дуги. Переключатели и выключатели предназначены для работы при колебаниях температуры ± 80° С и относительной влажности не более 90% (при + 20° С) и не более 50% (при + 40° С). Используют также пакетные выключатели и переключатели типов ПК и ПВ открытого исполнения на токи до 100 и 250 А при напряжении 380 В. Технические характеристики пакетных выключателей и переключателей приведены в приложениях 5 и 6.
Предохранители.
Для защиты элементов электроустановок от перегрузок и коротких замыканий применяют предохранители, основным элементом которых являются плавкие вставки. При прохождении тока, превышающего заданную величину, вставка расплавляется и прерывает цепь тока, отключая поврежденное оборудование или участок сети. Предохранители широко используют для защиты силовых и осветительных цепей переменного и постоянного тока напряжением до 1000 В.
На величину тока, расплавляющего плавкую вставку предохранителя, влияет температура окружающей среды, условия ее охлаждения, состояние контактов и другие факторы. Время расплавления плавкой вставки зависит от величины тока и оно тем меньше, чем больше проходящий через нее ток. Зависимость времени плавления от величины тока через плавкую вставку характеризуется ее ампер секундной характеристикой. Общий вид такой характеристики показан на рис. 51.
Рис. 51. Ампер — секундная характеристика плавкою предохранителя
Плавкие вставки имеют различны характеристики и достигнуть полного их совпадения даже для одинаковых плавких вставок очень трудно.
По конструкции предохранители разделяют на пробочные и трубочные. В простейших пробочных предохрани телях плавкая вставка заделывается в фарфоровую пробку которая завинчивается в патрон В трубочных предохранителя плавкая вставка помещена внутри трубки, выполненной из фибры или стекла и припаянной к колпачкам, закрепленным на обоих концах трубки. Трубочные предохранители часто заполняют кварцевым песком, назначение которого быстро погасить дугу, возникшую при перегорании плавкой вставки предохранителя.
В последнее время для установок постоянного и переменного тока напряжением до 500 В широко используют предохранители закрытого типа с мелкозернистым наполнителем (очищенный кварцевый песок). Такие предохранители, например типа НПН, имеют неразборные патроны, выполненные в виде стеклянных трубок с медными колпачками на концах. Патроны рассчитаны на токи от 15 до 60 А. Внутри патрона помещены две медные проволоки (плавкие вставки), приваренные к колпачкам. При прохождении по плавкой вставке тока, значительно превышающего тот ток, при котором предохранитель может работать, она перегорает и разрывает цепь. После сгорания плавкой вставки патрон следует заменить.
Предохранители типа ПН2-100 имеют закрытый разборный патрон с наполнителем из кварцевого песка. Патрон предохранителя рассчитан на номинальный ток 100 А, а плавкие вставки на токи 30, 40, 50, 60, 80 п 100 А. При температуре окружающей среды 25° С плавкая вставка такого предохранителя не должна плавиться в течение одного часа при токе, равном 1,3 номинального значения; она должна плавиться притоке, равном 1,6 от номинального. Предохранители типа ПН-2 изготовляют также на токи 250 и 400 А.
Плавкие предохранители являются надежным средством защиты таких элементов станций и подстанций, как приводные электродвигатели, лампы освещения, контроля и сигнализации и др.
Рис. 52. Моторно-пусковой щиток МП-60
Пусковые ящики и щитки. Для удобства монтажа и обслуживания пусковой аппаратуры трехполюсные рубильники собирают вместе с предохранителями на одной панели и закрывают общим кожухом. Такой аппарат называется пусковым (распределительным) ящиком, или моторно-пусковым щитком. Распределительные ящики серии ЯРВ используют в сетях переменного тока напряжением 380 В. Их оборудуют трехполюсными рубильниками при токах от 100 до 400 А или рубильниками и тремя предохранителями типа ПР-2 при токах от 60 до 400 А. Ящики имеют только переднее присоединение проводов и используются в сырых и пыльных производственных помещениях. Ящики служат для неавтоматического включения и отключения магистралей и ответвлений к токоприемникам и для защиты электрооборудования от токов перегрузки и короткого замыкания.
Пусковой ящик типа ЯП-100 предназначен для пуска и остановки электродвигателей переменного тока мощностью до 8 кВт путем неавтоматического включения, а также для размыкания и замыкания обычных цепей переменного тока с нагрузкой до 100 А и напряжением до 500 В.
Для нечастых пусков и остановок электродвигателей трехфазного переменного тока мощностью до 8 кВт напряжением 380 В и отключения нагрузки до 60 А применяют моторно-пусковые щитки типа МП-60 (рис. 52). Щиток монтируется вертикально, его масса около 1 кг. Для силовых установок с номинальным током до 15 А при напряжении 380/220 В используют такие же щитки, но типа ММП-15. Они оборудованы пакетным выключателем вместо рубильника и имеют металлический кожух. Щитки ММП-15 устанавливаются в непыльных производственных сельскохозяйственных помещениях. Они могут использоваться при колебаниях температуры окружающей среды от — 40 до + 35° С и относительной влажности воздуха до 70%. Общая масса такого щитка 2,8 кг.
Контакторы и магнитные пускатели.
Контактором называется электромагнитный аппарат, предназначенный для автоматического и дистанционного управления силовых электрических цепей постоянного и переменного тока напряжением до 500 В. Контакторы не защищают электрическую цепь от ненормальных режимов. Поэтому их используют в качестве пусковых аппаратов в основном для дистанционного управления электрическими двигателями. Включение и отключение контактора осуществляют дистанционно, как правило, пусковыми кнопками.
Рис. 53. Разрез контактора переменного тока типа КТ:
1 — разделительные пластины, 2 — дугогасительные камеры, 3 — подвижные контакты, 4 — вал контактора, 5 — медные пластины, 6 — неподвижные контакты
Эти контакты выполнены из меди в виде съемных изогнутых пластин, которые могут быть легко заменены новыми при обгорании. Электрическая дуга гасится в дугогасительных камерах 2, снабженных разделительными металлическими пластинами 1. Во включенном состоянии (контакты 6 и 3 замкнуты) контактор удерживается якорем электромагнита, который притягивается удерживающей катушкой. Необходимое нажатие подвижных контактов иобеспечивается нажимными пружинами, закрепленными на пластинах, соединенных с валом контактора.
Усовершенствованные электромагнитные контакторы типов КТУ-2А, ЗА и 4А на токи 63, 125 и 250 А соответственно (для главных контактов) предназначены для дистанционного включения и отключения силовых электрических цепей переменного тока напряженней 660 В, частотой 50 Гц. Эти контакторы представляют собой компактную блочную конструкцию с закрытой контактно-дугогасительной системой, исключающей возможность выброса дуги за пределы контакторов. Для них применяются подвижные контакты мостикового типа с самоустановкой. Контакторы типа КТУ могут быть выполнены во взрывобезопасном исполнении; они имеют по два замыкающих блок-контакт и по четыре блок-контакта, допускающих перестановку (с замыкающих на размыкающие, и наоборот).
Для бездуговой коммутации в последнее время используют специальные контакторы типа КБК с тиристорами, шунтирующими контакты в момент коммутации. Такие контакторы изготовляют на том до 100 А при напряжении цепи 380 В.
Магнитные пускатели, так же как и контакторы, являются трехфазными аппаратами переменного тока. Они используются в основном для дистанционного управления (включения и отключения) короткозамкнутых асинхронных электродвигателей. Однако, в отличие от контакторов, магнитные пускатели оборудованы тепловыми реле, устанавливаемыми в двух фазах пускателя. Поэтому, кроме управления, они предназначены для защиты асинхронных двигателей ст перегрузок. Если двигатель перегружается и потребляет слишком большой ток, элементы тепловых реле нагреваются, что приводит к изгибанию биметаллических пластинок релей размыканию их контактов. Цепь катушки электромагнита пускателя при этом будет разорвана и пускатель отключит двигатель от сети.
На рис. 54 показан магнитный пускатель, все элементы которого смонтированы на одной панели и помещены в общий металлический кожух. Пускатель включается кнопкой «пуск» (на рис. 54 не показана), при этом замыкается цепь питания катушки пускателя 1 и главные контакты 5, закрепленные на валу 2, притягиваются и замыкают цепь управления электродвигателем. После пуска кнопку можно отпустить, так как цепь питания катушки пускателя будет зашунтирована блок- контактами 3. Тепловые элементы 4 имеют биметаллические пластинки, изгибающиеся под действием нагрева при токах перегрузки, значительно превышающих номинальные токи двигателя. Отключение пускателя может быть выполнено кнопкой управления «откл.», при нажатии которой прерывается цепь питания катушки и контакты пускателя, отпадая, разрывают цепь питания электродвигателя. Гашение дуги при отключении пускателя осуществляется в дугогасительных камерах 6, имеющих междуфазовую изоляцию в виде съемных асбоцементных перегородок.
Магнитные пускатели изготавливают как для прямого пуска электродвигателей (только в одном направлении), так и для их реверсирования, т. е. пуск в одном и другом направлениях (за счет изменения чередования фаз). Реверсивные магнитные пускатели имеют два электромагнита и два комплекта подвижных и неподвижных контактов (для пуска двигателя в прямом и обратном направлениях), сблокированных между собой. Блокировка исключает одновременное включение на пуск «вперед» и «назад», что приведет к короткому замыканию и повреждению магнитного пускателя.
Основные технические характеристики магнитных пускателей приведены в приложениях 7, 8, 9.
Для нечастых пусков и остановок, защиты от перегрузок или чрезмерного снижения напряжения на зажимах трехфазных или однофазных электродвигателей переменного тока напряжением до 500 В применяют ручные пускатели типа ПЗР. Они различаются по исполнению главных контактов (трехполюсные, с отключением одного полюса при отпускании кнопки «пуск»); по наличию расцепителей (с тепловым и нулевым расцепителями; только с нулевым или без расцепителя); по количеству блок-контактов (с одним замыкающим и одним размыкающим, без блок-контактов); по способу монтажа и защиты от внешних воздействий. Тепловые расцепители пускателей выполняют на номинальные токи продолжительного режима 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 8,0; 10 и 16 А.
Нулевой расцепитель пускателя данного типа не препятствует его включению при снижении напряжения до 85% от номинального и отключает пускатель при снижении напряжения в пределах от 50 до 35% от номинального. Катушки расцепителя изготовляются на напряжения 127, 220 и 380 В переменного тока. Зажимы главных контактов пускателя допускают присоединение проводников сечением до 1 мм2. Масса пускателей обычного исполнения — около 0,6 кг, а к пыленепроницаемом или брызгозащищенном кожухе — до 1,5 кг.
Автоматические воздушные выключатели (автоматы).
Автоматические воздушные выключатели применяются для защиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий. Так же, как и контакторы, их широко используют в установках напряжением до 500 В. Различают автоматы максимального тока, минимального тока и минимального напряжения (нулевые). Наиболее распространены автоматы максимального тока, которые отключают цепь при увеличении тока сверх допустимых значений. Автоматы минимального тока разрывают цепь при недопустимых уменьшениях тока, а нулевые — при исчезновении напряжения или его снижении ниже допустимого предела.
Схема автомата максимального тока показана на рис. 55. Рассмотрим принцип его действия. Автомат имеет защелку 1, которая оттягивается пружиной 2 и удерживает подвижные контакты автомата во включенном положении. Весь ток нагрузки проходит через последовательно включенную в цепь катушку электромагнита 4. При повышении рабочего тока сверх допустимого предела электромагнит притянет якорь защелки 3, преодолев сопротивление пружины 2. Защелка 1, поднимаясь, освободит контакт 6, который отключается под действием пружины 5, разрывая цепь рабочего тока. Включают автомат вручную специальной рукояткой или каким-либо приводом, например рычажным.
Рукоятки и приводы автоматов имеют механизм свободного расцепления, который позволяет разъединить подвижные части выключателя с подвижными элементами привода. Наличие этого механизма дает возможность отключать автомат даже при положении рукоятки соответствующему включенному автомату. Механизм расцепления позволяет также отключить автомат, если рукояткой его подключают к цепи, в которой имеется короткое замыкание. Автоматы снабжают тепловыми расцепителями, максимальными расцепителями, либо выполняют их с обоими типами этих расцепителей.
Автоматы обеспечивают видимый разрыв цепи, поэтому в ней не устанавливают рубильников, что удешевляет и упрощает схему.
Схема трехполюсного автомата показана на рис. 56. Автомат имеет съемную рукоятку 1, механизм свободного расцепления 2 с механическим замедлителем расцепления 3, расцепителем минимального напряжения 4, электромагнитный контактор 6 и независимый расцепитель 5. Разрыв дуги главными контактами автомата осуществляется в камерах 7 со стальной решеткой, по которой распыляется дуга.
Автоматы типа АВ устанавливают в силовых цепях напряжением до 500 В, где требуются нечастые включения и отключения. Автоматы типов АП-16, АП-25 и АП-50 используют для пуска и защиты асинхронных электродвигателей мощностью до 15 кВт. Их выпускают в двухполюсном и трехполюсном исполнениях с пределами изменения номинальных токов расцепителей от 1,6 до 50 А. Краткие технические данные автоматических выключателей типа АП-16 приведены в приложении 10.
Автоматические выключатели типа АЕ-2030 также предназначены для нечастых (не более 30 в час) включений цепей переменного тока напряжением до 500 В и постоянного тока напряжением до 220 В. Их используют для защиты электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания. Чаще всего их используют для защиты, пуска и остановки асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Автоматы могут работать при изменениях температуры окружающего воздуха от — 40° до + 40° С, относительной влажности не более 90% (при температуре + 20° С) и высоте установки над уровнем моря не более 2000 м. Число допустимых включений — отключений около 100 тыс., причем из этого числа около 40% операций должно производиться без тока, а остальные — при номинальном токе и напряжении. Повторно включать автомат после его срабатывания от перегрузки допускается не ранее чем через 2 мин.
Автоматы типа АЕ-2030 выпускаются на номинальные токи от 0,6 до 35 А, типа АЕ-2040 — до 63 и типа АЕ-2050 — до 100 А. Автоматы изготавливаются однополюсными, двухполюсными и трехполюсными с передним, задним и штепсельным присоединениями, что должно быть оговорено в заказе на выключатель для его получения. Для электрификации сельского хозяйства в условном обозначении автомата предусмотрена буква С. Автоматы типа АЕ изготавливаются без расцепителей, с тепловыми (в том числе — в нулевом проводе), электромагнитными и комбинированными расцепителями.
