РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДОК
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ
Аппаратура управления предназначается для включения и отключения электрических цепей, пуска, остановки, торможения и реверсирования (изменения направления вращения) электродвигателей. Аппаратура защиты осуществляет защиту электроустановок от чрезмерных тепловых действий тока, возникающих при коротких замыканиях и перегрузках, от недопустимого снижения напряжения в сети и других ненормальных явлений.
Номенклатура аппаратов управления и защиты велика. Так, к аппаратам управления относятся: рубильники и переключатели, пакетные выключатели, реостаты, контроллеры и ящики сопротивлений, автоматические выключатели (автоматы), контакторы, магнитные пускатели и кнопки управления, командоаппараты, путевые и конечные выключатели, реле управления (автоматики) и ряд других аппаратов. К аппаратам защиты относятся плавкие предохранители, электромагнитные и тепловые реле защиты. Кроме того, функции защиты выполняют и некоторые из перечисленных выше аппаратов управления: автоматические выключатели, магнитные пускатели и др.
Промышленность выпускает различные типы указанных аппаратов, работающих в разных условиях. В данной книге рассмотрены только основные из них, предназначенные для напряжения до 1000 В и применяемые в условиях строительных организаций.
Аппараты управления и защиты во многих случаях используются не в виде отдельных единиц, а комплексно в комплектных устройствах заводского изготовления. Промышленность серийно выпускает большое количество типов комплексных устройств, предназначенных для управления электроприводами — силовых распределительных пунктов и станций управления (ранее называвшихся магнитными станциями). Такие устройства поставляются в виде готовых панелей (или блоков, шкафов) с полностью смонтированными на них аппаратами, приборами и электропроводкой.
По своему назначению аппараты управления предназначаются для ручного управления электродвигателями и для управления на расстоянии (дистанционного), полуавтоматического и автоматического.
§ 12.1. Пускорегулирующая аппаратура ручного управления
Рубильники являются простейшими аппаратами для ручного включения и отключения электрических цепей при напряжении до 500 В; они изготовляются одно-, двух-и трехполюсными на номинальные токи до 600 А.
На рис. 12.1, а представлен трехполюсный рубильник простой конструкции — открытый типа Р с центральной рукояткой. Такие рубильники предназначаются только для отключения обесточенных электрических цепей; применение их для коммутации (т. е. включения и отключения) цепей под нагрузкой, а следовательно, и для пуска электродвигателей не допускается из-за опасности ожога рук.
Рис. 12.1. Рубильники:
а — открытого типа; б — с защитным кожухом к боковой рукояткой; в — с рычажным приводом
Для этих целей применяют рубильники аналогичной конструкции, но с боковой рукояткой (рис. 12.1, б), закрытые глухими кожухами или смонтированные в стальных запирающихся ящиках (пусковых ящиках) и шкафах. Рукоятка выводится наружу.
Выпускают также рубильники более сложной конструкции: с рычажным приводом (центральным или боковым) для монтажа на распределительных щитах стационарных установок (рис. 12.1, в).
Для переключения ЦСДИ тока на два направления выпускают рубящие переключатели, у которых ножи (такие же, как у рубильников) могут перекидываться или в верхнее положение, или в нижнее.
Пакетные выключатели и переключатели являются более совершенными и компактными аппаратами, чем рубильники или рубящие переключатели. Они выпускаются одно-, двух- и трехполюсными, девяти величин, в исполнении открытом типа ПК и герметические типа ГПК на номинальные токи от 10 до 400 А при напряжении постоянного и переменного тока 220 В и от 6 до 250 А при напряжении переменного тока 380 В.
На рис. 12.2 изображен пакетный выключатель типа ПК. Выключатель состоит из отдельных плоских цилиндрических пакетов, набираемых на скобу со стяжными шпильками; в каждом пакете происходит разрыв электрической цепи; контакты — неподвижные и подвижные — плоские, скользящие; гашению электрической дуги при разрыве тока способствуют фибровые искрогасительные шайбы; скорейшему гашению дуги способствует также устройство, обеспечивающее при помощи пружины фиксацию и быстрое, не зависимое от екорости поворота рукоятки переключение контактов.
Плавкие предохранители, осуществляющие защиту электроустановки от токов короткого замыкания и больших перегрузок, применяются, как правило, в комплекте с рубильниками и пакет ными выключателями при управлении электроприводами или другими электроустановками. Предохранители разрывают электрическую цепь при перегорании (расплавлении) плавкой вставки, выполняемой в виде металлической пластинки или проволоки.
Рис 12.2. Пакетный выключатель:
а — общий вид; б — контактная система; в — пакет; г — переключающий механизм
При защите электродвигателя плавкие предохранители устанавливаются между рубильником (или другим выключателем) и электродвигателем. В настоящее время применяют, как правило, плавкие предохранители с закрытыми патронами двух основных типов: типа ПР-2 и ПН-2.
На рис. 12.3 представлен предохранитель типа ПР. Патрон предохранителя состоит из толстостенной фибровой трубки с плотно наде тыми на ее концах латунными колпачками. Плавкая вставка предохранителя, часть которой видна на рисунке, изготовляется из листового цинка. При расплавлении вставки под влиянием высокой температуры, возникающей при этом электрической дуги, фибра патрона выделяет газы, которые создают в патроне высокое давление, что способствует быстрому гашению дуги.
Для защиты мелких электродвигателей могут в отдельных случаях применяться также фарфоровые установочные (пробочные) предохранители на номинальные токи до 60 А. Вставка расплавляется тем скорее, чем больше перегрузка ее током. Например, при токе, превышающем номинальный в 2 раза, плавкая вставка предохранителя ПН-2 перегорает примерно через 2—4 мин, при пятикратном токе — через 1—2 с, а при десятикратном — через 0,05—0,1с.
Это свойство плавких вставок — выдерживать кратковременные перегрузки — учитывается при выборе предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Номинальный ток плавкой вставки для этой цели выбирают примерно равным 40%, пускового тока электродвигателя.
В последние годы получили широкое распространение комплектные устройства, называемые: «блок-предохранитель — выключатель» — сокращенно БПВ, в которых ножи плавких предохранителей (обычно типа ПΗ-2) выполняют роль рубильника, разрывая цепь тока.
Рис. 12.3. Предохранитель типа ПР:
1 — фибровая трубка; 2 — латунный колпак; 3 — контактные ножи; 4 — плавкая вставка
Рис. 12.4. Общий вид пускового реостата с масляным охлаждением
Защита электродвигателей с помощью плавких предохранителей весьма несовершенна. Особенно опасен случай, часто встречающийся на практике, когда по тем или иным причинам перегорает плавкая вставка на одной фазе работающего электродвигателя. Электродвигатель при этом Продолжает работать с значительной перегрузкой в оставшихся не отключенными от сети двух фазах. Плавкие вставки предохранителей в этих фазах долгое время выдерживают перегрузку (если она не превышает 50— 60%), в результате изоляция обмоток электродвигателя разрушается и двигатель выходит из строя.
В силу этого управление электродвигателями при помощи рубильников и предохранителей постепенно вытесняется более совершенными способами с использованием других аппаратов, в первую очередь воздушных- автоматических выключателей.
Реостаты и особые аппараты—контроллеры в комплекте с набором сопротивлений — ящиками сопротивлений — применяются для ручного управления асинхронными электродвигателями а фазным ротором и электродвигателями постоянного тока.
Реостатом называют устройство, состоящее из регулируемого активного сопротивления и переключающего механизма. По назначению реостаты подразделяются на пусковые, регулировочные, нагрузочные, реостаты возбуждения; по способу охлаждения с воздушным масляным охлаждением (рис. 12.4).
Сопротивления реостатов изготовляются, как правило, из константановой проволоки (в виде спиралей и др.): могут для этой цели применяться и другие сплавы высокого сопротивления.
Рис. 12.5 Контроллеры:
а — барабанный контроллер — общий вид; б — поперечный разрез барабанного контроллера; в — поперечный разрез кулачкового контроллера; 1 — основание; 2 — кронштейн; 3 — сегменты; 4 — рейка; 5 — пальцы; 6 — сухарики пальцев; 7 — штурвал; 8 — вал; 9 — зажимы; 10 — асбестоцементные перегородки; 11 — валик; 12 — фасонный кулачок; 13 — ролик; 14 — силовые контакты; 15 — зажимы (наконечники)
Пусковой реостат для асинхронных электродвигателей — трех фазный. Изменение сопротивления одновременно во всех фазах про изводится поворотом рукоятки, соединяющей концы фаз сопротивле ний; лампы рукоятки скользят по контактам, к которым присоедине ны ответвления от сопротивлений.
Наиболее распространенным типом пускового реостата является реостат с масляным охлаждением, у которого металлические сопротивления погружены в бак с трансформаторным маслом.
При такой конструкции обеспечивается хорошее охлаждение сопротивлений и уменьшение габаритов и веса реостата по сравнению с реостатами воздушного охлаждения.
Ручное управление сложными электроприводами кранов, экскаваторов и других строительных машин осуществляется обычно с помощью контроллеров.
Рис. 12.6. Яшин сопротивлений с чугунными элементами: а — общий вид; б — чугунный элемент
Контроллер (рис. 12.5) представляет собой многоступенчатый аппарате ручным приводом, предназначенный либо для изменения схемы силовой цепи или цепи возбуждения электрических машин, либо для изменения величины включенных в электрическую цепь сопротивлений. Контроллеры бывают барабанного и кулачкового типов; они рассчитаны на работу в повторно-кратковременном режиме в цепях переменного тока напряжением до 500 В и постоянного тока до 440 В.
Барабанный контроллер (рис. 12.5, а) имеет основание сегментов 1, на котором располагаются кронштейны 2 с медными сегментами 5. Последние соединены между собой в соответствии с заданной схемой. Основания сегментов изолированы от стального валика 8 слоем изоляции, нанесенной на его поверхность. На стальной изолированной рейке расположены пальцы 5 с медными сухариками 6 на концах. При повороте валика при помощи штурвала 7 сегменты 3 соединяются с сухариками пальцев, осуществляя тем самым необходимые переключения в схеме. Присоединение внешних цепей к контроллеру производится через наконечники (зажимы) 9.
Для предотвращения возникновения дуги между соседними пальцами во время переключений они отделяются друг от друга асбестоцементными перегородками 10.
Кулачковый контроллер применяется для управления двигателями трехфазного переменного тока мощностью, более 35 кВт и числом включений более 120 в час. Поперечный разрез кулачкового контроллера приведен на рис. 12.5, в. Для улучшения условий гашения дуги в контроллерах кулачкового типа имеются дугогасительные катушки, пальцы у них разделены асбестоцементными перегородками.
Сопротивления применяют для регулирования с помощью контроллеров числа оборотов электродвигателей. Такие сопротивления рассчитываются на более длительное прохождение тока, чем пусковые реостаты. Их выпускают в виде стандартных элементов, собираемых в комплекты, называемые ящиками сопротивлений. Материалами для элементов сопротивлений служат фехраль и константан (в виде проволоки или ленты), а также чугун (в виде фасонных пластин). Представление об общем виде ящика сопротивлений и его элементов дает рис. 12.6.
