Коммутационная и защитная аппаратура

Коммутационные электрические аппараты предназначены для коммутации электрической цепи и проведения тока. Аппараты должны допускать работу при напряжении на выводах главной и вспомогательной цепей в пределах от UHOttp до 1,Шиом р, на выводах цепи управления — в пределах (0,85... 1,1)£/номр. Под номинальным рабочим напряжением UHOMp понимают номинальное напряжение сети, в которой аппарат может работать в данных условиях.
Номинальная частота сетей переменного тока, к которым присоединяются аппараты, 50 или 60 Гц.
Аппараты должны допускать работу в одном, нескольких или во всех следующих режимах работы: продолжительном, прерывисто-продолжительном, повторно-кратковременном, кратковременном.
Для кратковременного режима работы аппаратов устанавливаются следующие предпочтительные значения длительности рабочего периода: 5; 10; 15; 30 с и 10; 30; 60 и 90 мин.
Для повторно-кратковременного режима работы аппаратов устанавливаются предпочтительные значения относительной продолжительности включения (ПВ): 15; 25; 40 и 60% (100% — непрерывное включение).
Электромагнитные контакторы. Контакторы используются в системах управления электроприводами для включения и отключения приемников электроэнергии.
Контакторы различаются между собой:
по роду тока главной цепи — постоянного тока, переменного тока, постоянного и переменного токов;
роду тока цепи управления — с управлением постоянным током, с управлением переменным током;
числу главных полюсов — от одного до пяти;
номинальному току главных цепей — на токи 4; 6,5; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 2500 А;
номинальному напряжению главной цепи — на постоянное напряжение 220; 440; 600 В, на переменное напряжение 380; 500 и 660 В;
номинальному напряжению включающих катушек — на постоянное напряжение 24, 48, 60, ПО, 220 В, на переменное напряжение 24, 36, НО, 127, 220, 230, 240, 380, 400, 415, 500, 660 В частотой 50 Гц и 110, 220, 380, 440 В частотой 60 Гц;
наличию и исполнению вспомогательных контактов;
роду присоединения проводников;
категории применения;
воздействию климатических факторов;
степени защиты, за исключением специальных контакторов IP00;
классу, соответствующему частоте включений:
Класс 0,3 1 3 10 30
Допустимая частота включений в 1 ч 30 120 300 1200 3600
Используются отечественные контакторы серий МК, КПВ600, КПВ620, КТПВ600, КТ6000, КТ7000, КТП600, КТ64, КТП64, КТ65, КТП65 и др. [48]. Например, контакторы серии МК предназначены для работы в силовых электрических цепях и цепях управления общепромышленных установок при постоянном напряжении до 440 В и переменном до 660 В частотой 50 и 60 Гц. Контакторы имеют четыре модификации: МК1 (/ном = 40 А), МК2 (/ном = 63 А), МКЗ (/ном = 100 А) и МК4 (/ном = 160 А). Собственное время срабатывания контакторов при включении 0,08 с, при отключении — 0,05 с. Втягивающие катушки выполняются только на постоянный ток напряжением 24, 48, 110 и 220 В. Контакторы могут работать в продолжительном, прерывисто-продолжительном, кратковременном и повторно-кратковременном режимах. Допустимая частота срабатывания контакторов до 1200 циклов в 1 ч при ПВ = = 40 %. Контакторы выполняются для переднего присоединения силовой цепи и цепи управления, их устанавливают на изоляционных или заземленных металлических панелях и на рейках.
Контакторы серий КПВ600, КПВ620 и КТПВ600 предназначены для коммутации силовых цепей при тяжелых режимах работы. Контакторы серии КПВ600 выполняют на номинальные токи 100, 160, 250 и 630 А, КПВ620 - на токи 160 и 250 А, КТПВ - на токи 63, 100, 160 и 250 А.
Контакторы серий КТ6000, КТ7000, КТП600, КТ64, КТП64, КТ65, КТП65 предназначены для коммутации силовых цепей переменного тока напряжением до 660 В, частотой 50 и 60 Гц. В зависимости от номинального тока выпускаются контакторы семи модификаций на токи от 63 до 1000 А. В контакторах указанных серий осуществляется бездуговая коммутация шунтированием главных контактов тиристорами на период коммутации, благодаря чему электрическая дуга не возникает. Отсутствие дуги при отключении контактором силовых цепей значительно повышает надежность работы контакторов, электрическую износостойкость, взры-вобезопасность, резко уменьшает потери энергии в контакторе. Электрическая износостойкость контакторов с бездуговой коммутацией при категории основного применения АС-3, АС-4 до 5 млн циклов, а обычных — 0,1 ...0,5 млн циклов, причем номинальный рабочий ток контакторов с бездуговой коммутацией составляет 60 % номинального тока контактора, а не 40 %, как у обычных контакторов.
Электромагнитные пускатели. Эти аппараты предназначены для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети и остановки трехфазных асинхронных электродвигателей с корот-козамкнутым ротором. При наличии тепловых реле пускатели осуществляют также защиту электродвигателей от перегрузок.
Пускатели различаются между собой по назначению (нереверсивные, реверсивные), степени защиты (IP00, IP30 и IP54), наличию тепловых реле (без тепловых реле, с тепловыми реле), виду блокировки в реверсивных пускателях (с электрической блокировкой, электрической и механической блокировками), наличию встроенных в оболочку пускателя кнопок управления (без кнопок управления, с кнопками управления), размеру пускателя, напряжению главной цепи (380 и 660 В; пускатели на напряжение 380 В, кроме пускателей нулевого типоразмера, должны допускать работу в установках с номинальным напряжением 500 В).
В промышленности используют отечественные пускатели, например, серий ПМЛ, ПАЕ, ПА, ПМЕ, ПМС и др.
Магнитные пускатели можно включать вручную с помощью кнопочного поста и автоматически с помощью датчиков автоматики непосредственно или через промежуточные реле, с помощью блок-контактов других пускателей. Отключают пускатели вручную либо при аварийных режимах с помощью реле тепловых или реле максимального тока, при отключении сблокированных с ними других пускателей, действии устройств автоматики.
Пускатели типа ПМЕ и ПА могут быть реверсивными и нереверсивными. Реверсивные пускатели имеют такие же данные, как реверсивные, но состоят из двух пускателей, сблокированных механически и электрически против одновременного включения, а в обозначении типа реверсивных пускателей последняя цифра больше на два, например ПМЕ-111 — нереверсивный, ПМЕ-113 — реверсивный.
Пускатели ПМЕ и ПА заменяют пускателями ПМЛ и ПАЕ, которые имеют исполнения по степени защиты IP00 и IP54. При степени защиты IP54 пускатели могут иметь кнопки управления и сигнальную лампу. Частота включений в 1 ч для механической износостойкости при номинальном токе для пускателей модификаций 1 ...5 — 3600, а для пускателей модификаций 6 и 7 — 2400.
Пускатели серии ПМС предназначены для дистанционного пуска, остановки реверсирования, а также для защиты от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз, трехфазных электродвигателей серии 4 Ас короткозамкнутым ротором. Пускатели ПМС имеют шесть модификаций: 10 А, 25 А, 40 А, 63 А, 100 А и 160 А. Пускатели имеют исполнения по степени защиты IP00 и IP54. При степени защиты IP54 пускатели могут иметь встроенные элементы — разделительный трансформатор, кнопки управления, амперметр, сигнальную лампу.
Реле управления. Реле используются в схемах управления электроприводами для выполнения функций управления и защиты и различаются между собой:
по роду входного воздействия — измерительные (реле тока, реле напряжения, тепловые), логические (реле времени и др.);
роду тока включающей катушки или другого воспринимающего органа (постоянного тока, переменного тока);
номинальному току цепи управления — 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16, 25; 40; 63; 100; 160; 250; 320; 400; 630; 1250 А;
напряжению цепи управления — постоянного напряжения 12; 24; 48; 60; ПО; 220 В, переменного напряжения 12; 24; 36; 110; 220; 380; 660 В;
виду возврата — одностабильные, двустабильные;
коэффициенту возврата реле тока и напряжения — с нормированным коэффициентом возврата, с ненормируемым коэффициентом возврата;
числу контактов — реле с 1, 2, 3, 4, 6, 8, 9, 10, 12 контактами;
роду контактов — с замыкающими, размыкающими, переключающими контактами;
категории применения.
Промежуточные реле предназначены для передачи команд из одной электрической цепи в другую и используются для размножения сигналов и увеличения их мощности.
Реле времени предназначены для передачи команд из одной электрической цепи в другую с определенными предварительно установленными выдержками времени.
Электротепловые реле предназначены для защиты электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности и токов, возникающих при обрыве одной из фаз. Тепловые реле могут поставляться в блоке с пускателями или отдельно. Поскольку реле не защищают от коротких замыканий и сами нуждаются в такой защите, то на ответвлении к электродвигателю перед пускателем ставят автоматический выключатель с электромагнитным расце-пителем. Чувствительным элементом у реле служит термобиметалл, по которому проходит ток. У реле на большие токи имеется нихромовый нагреватель для дополнительного нагревания биметалла. Чувствительные элементы реле включаются в две фазы электродвигателя, контакты реле включаются в цепь катушки пускателя.
Реле тока подразделяются на реле контроля и защиты (реле максимального тока). Реле контроля тока в схемах управления электроприводами выполняют функции определения наличия тока в цепи или нахождения тока в заданных пределах. Реле максимального тока предназначены для защиты электродвигателей от перегрузок. В качестве реле максимального тока применяют электромагнитные реле с последовательным включением обмоток в цепь двигателя.
Реле напряжения в основном используются в цепях защиты и выполняют функции защиты от прекращения питания, недопустимого снижения или повышения напряжения.
В промышленности используются отечественные реле, например, серий РПУ-0, РПУ-2, РПУ-3, РПУ-4, РВП72, ВЛ, ТРИ, ТРТП, РТЛ, РЭВ800, РЭВ310 и др..
Реле времени пневматическое серии РВП72 состоит из пневматической приставки, имеющей контакты с временной задержкой, и электромагнитного привода. Номинальное переменное напряжение питания 36, 110, 127, 220, 380 и 440 В. Диапазон выдержки времени 0,4... 180 с.
Электронные реле времени серии ВЛ могут использоваться как реле времени и программные устройства. Диапазон выдержки времени реле от 0,1 с до 10 мин.
Реле постоянного тока серии РЭВ800 применяют в схемах автоматического управления в качестве электромагнитных реле времени, тока, напряжения и промежуточных. Электромагнитные реле постоянного тока серии РЭВ310 применяют в качестве реле напряжения и тока с высоким коэффициентом возврата.
Герконовые реле серии РПГ на герметизированных магнито-управляемых контактах предназначены, в основном, для связи между полупроводниковыми приборами и сильноточными аппаратами управления (реле, пускатели, контакторы), а также для коммутации цепей управления с малыми токами и напряжениями. При выборе реле управления должны быть заданы:
для коммутируемых цепей — количество и вид контактов, род тока, напряжение и ток, параметры нагрузки (сопротивление, индуктивность, емкость и т.д.), характер работы (включение нагрузки, отключение нагрузки, включение и отключение нагрузки);
для цепей управления реле — род тока, напряжение или ток, диапазон их возможных значений при включении и отключении, количество обмоток управления.
Для реле в целом задаются: срок службы, режим работы (кратковременный, повторно-кратковременный, продолжительный, прерывисто-продолжительный), диапазон изменения температуры окружающей среды, диапазон изменения влажности, степень наличия в окружающей среде пыли, взрывоопасных и агрессивных примесей, положение реле в пространстве.
Для реле, предназначенных к установке в нестационарных условиях, задают ускорение и частоту вибраций, время срабатывания реле, массу и размеры.
Автоматические выключатели. Эти аппараты предназначены для защиты от токов короткого замыкания и перегрузки электрических линий и приемников энергии, снижения напряжения в сети, включений и отключений линий и приемников энергии. Автоматические выключатели могут также использоваться для редких коммутаций нагрузки с током, например редкого включения и отключения асинхронных двигателей. Основными параметрами автоматических выключателей являются номинальное напряжение, номинальный ток, отключающая способность, время отключения.
Отключение автоматических выключателей происходит под действием расцепителей. Различают максимальные, минимальные и независимые расцепители. Для защиты электрооборудования от перегрузок используют максимальные расцепители. В качестве максимальных наибольшее распространение получили электромагнитные и тепловые расцепители. Времятоковая характеристика расцепителя должна выбираться возможно ближе к характеристике защищаемого объекта. Минимальные расцепители выполняются электромагнитного типа, для большинства выключателей напряжение отключения расцепителя регулируется в пределах 30... 70 % номинального. Независимые расцепители служат для дистанционного отключения автоматических выключателей.
В промышленности используются отечественные автоматические выключатели серий АП50, АК50, АК63, АЕ2000, А3700, A3100, АЕЮООидр.
Например, выключатель АК63 разработан для замены выключателя АП50, имеющего малую коммутационную способность. Выключатель имеет расцепители максимального тока на 0,63...63 А, переменного 500 В и постоянного 220 В напряжения; его коммутационная способность в 2,5 раза больше, чем у выключателя АП50. В отличие от выключателей АП50 выключатели АК63 имеют открытые выводы, для закрывания которых могут поставляться крышки. Открытые выводы, не соприкасающиеся с корпусом выключателя, имеют лучший теплоотвод, а при нагревании выводов не выгорает корпус выключателя.
Автоматические выключатели АЕ2000 разрабатывались для замены всех других выключателей на ток до 100 А. Они рассчитаны на токи 25, 63 и 100 А при работе с расцепителями максимального тока на 0,6 А и выше, а также с тепловыми и комбинированными расцепителями.
Расцепитель любого автоматического выключателя представляет собой блок, встроенный в корпус выключателя и предназначенный для отключения выключателя под действием тока, превышающего ток его настройки.
Действие теплового расцепителя основано на изменении формы биметаллической пластинки при протекании по ней тока нагрузки выключателя, превышающего номинальный ток этого выключателя. Пластинка действует на механизм отключения выключателя.
Электромагнитный расцепитель состоит из электромагнитов, по катушкам которых проходит ток выключателя. Электромагниты приводятся в действие только при токе аварийной перегрузки, например при заклинивании механизма, или токе короткого замыкания и воздействуют на механизм отключения выключателя.
Комбинированный расцепитель содержит расцепители обоих видов.
Для выключателя может быть несколько расцепителей, имеющих разные номинальные токи, которые могут регулироваться. Уставка на ток мгновенного срабатывания, или ток отсечки, означает, что при данном токе срабатывает электромагнитный расцепитель данного выключателя.
Предельная коммутационная способность означает предельный ток, который может отключить выключатель.
Выключатели (рубильники) и переключатели. Пакетные выключатели и переключатели серий ПВМ и ППМ применяют в качестве коммутационных аппаратов с ручным приводом для цепей постоянного и переменного тока напряжением 220 В на токи до 400 А и цепей переменного тока напряжением 380 В на токи до 250 А. Они устанавливаются на панелях распределительных устройств, в шкафах и ящиках.
Пакетно-кулачковые переключатели ПКП и выключатели ПКВ на номинальные токи 10, 25, 40, 63, 100 и 160 А предназначены для коммутации электрических цепей с переменным напряжени-ем'380 В.
Первая цифра в обозначении аппарата соответствует числу полюсов, вторая соответствует току: 1 —100 А, 2—250 А, 4—400 А, 6-600 А.
Рубильники типа Р и переключатели типа П изготовляются без дугогасительных камер и могут работать только в качестве разъединителей, т.е. размыкать обесточенные электрические цепи. Рубильники и переключатели прочих типов изготовляются с ду-гогасительными камерами и могут коммутировать электрические цепи под нагрузкой.
Кнопки и переключатели управления. Кнопки управления серии КЕ и переключатели управления серии ПЕ предназначены для коммутации цепей управления переменного напряжения до 500 В, частотой 50 Гц и постоянного напряжения до 220 В, а также могут использоваться в цепях переменного напряжения 24 В, 50 и 60 Гц и постоянного напряжения 24 В при токе не менее 0,05 А.
Кнопки и переключатели классифицируют по типам, исполнению, виду управляющего элемента, степени защиты, количеству контактов, климатическому исполнению, наличию специальных устройств и цвету толкателя. Кнопки имеют электрически не связанные между собой замыкающие и размыкающие контакты с двойным размыканием цепи. Номинальный ток продолжительного режима работы 6 А.
Предохранители. Предназначены для защиты цепей от токов коротких замыканий и недопустимых перегрузок. Основными элементами предохранителя является плавкая вставка и дугогасительное устройство.
Наибольшее распространение получили следующие предохранители: НПН, имеющие стеклянный корпус круглого сечения с наполнителем из кварцевого песка; ПН2, имеющие фарфоровый корпус прямоугольного сечения с наполнителем из кварцевого песка; ПР2 — разборные трубчатые без наполнителя; ПРС — резьбовые; ПНБ5 быстродействующие — для защиты от токов короткого замыкания агрегатов с полупроводниковыми приборами; ПП31 — с высокой разрывной способностью.
Основным условием при выборе предохранителя является расположение времятоковой характеристики предохранителя ниже характеристики защищаемого объекта.