Аппаратура управления

Тема урока: «Аппаратура управления».

1. Общие сведения. Классификация.

Распределение энергии между приемниками электроэнергии и их защита осуществляется с помощью электрических аппаратов.

Электротехнические устройства, предназначенные для включения и отключения, управления, регулирования и защиты электрооборудования и участков электрических цепей называются электрическими аппаратами.

В зависимости от назначения электрические аппараты можно условно разделить на 4 группы:

коммутационные – предназначенные для включения, отключения и переключения электрических цепей;

защиты – осуществляющие защиту электрических цепей от перегрузок, токов короткого замыкания, недопустимого повышения напряжения, снижения или исчезновения напряжения;

токоограничивающие и пускорегулирующие – предназначенные для пуска, регулирования частоты вращения двигателей, изменения силы тока в электрических цепях, ограничения тока при коротком замыкании;

аппараты, выполняющие одновременно несколько из перечисленных выше функций (например, включение и отключение электрических цепей и их защиту от перегрузок).

1. Коммутационные аппараты:

ручного управления:

- рубильники

- пакетные выключатели и переключатели;

- кнопки управления

дистанционного управления:

- контакторы;

(можно отнести – магнитный пускатель, автоматический выключатель)

2. Аппараты защиты:

- предохранители (от к.з.)

- тепловые реле (от перегрузок)

(можно отнести – автоматические выключатели)

3. Токоограничивающие и пускорегулирующие:

- контроллер;

- резисторы;

- реостаты

4. Четвертая группа сочетает в себе две вышеназванные функции:

- магнитные пускатели;

- автоматические выключатели;

- рубильник – предохранитель.

По способу воздействия на цепь:

- контактные (воздействие на управляемую электрическую цепь осуществляется путем замыкания и размыкания подвижных контактных частей);

- бесконтактные (управление электрическими цепями осуществляется путем изменения электрических параметров — индуктивности, емкости, сопротивления и т. д.)

По напряжению:

- низковольтные (до 660В включительно);

- высоковольтные (выше 1000В)

По роду тока:

- постоянного тока;

- переменного тока

По исполнению:

- в открытом исполнении;

- в защищенном исполнении

По принципу действия:

- электромагнитные;

- магнитоэлектрические;

- индукционные;

- тепловые

2. Основные виды и назначение электрической аппаратуры управления и защиты.

3. Требования, предъявляемые к аппаратам управления.

Для обеспечения надежной работы электрические аппараты и их детали должны отвечать следующим требованиям:

- включать и отключать токи рабочих режимов, а при необходимости и токи аварийных режимов;

- выдерживать термические и электродинамические воздействия коротких замыканий;

- отрабатывать гарантированное заводом-изготовителем количество циклов включений и отключений без нарушения регулировки;

- безотказно работать при номинальном напряжении и при кратковременных отклонениях напряжения;

- быть удобными и безопасными при эксплуатации и при ремонте;

- иметь минимальные размеры, массу и стоимость;

- обеспечивать высокое быстродействие

4. Обслуживание аппаратуры управления.

5. Рубильники.

Рубильники служат для нечастых неавтоматических включений, отключений в электрических цепях и предназначены для вертикальной установки на панелях различных распределительных устройств. 

Рубильники типа Р (РБ, РПБ, РПЦ) применяются в электрических цепях переменного тока напряжением до 500 В и постоянного тока напряжением до 440 В. Рубильники в зависимости от устройства различаются: по исполнению — открытые и защищенные, по виду привода — с центральной или с боковой рукояткой (Р и РБ), с центральным или с боковым рычажным приводом (РПЦ или РПБ), по числу полюсов — одно-, двух- и трехполюсные, по способу присоединения проводов — с передним и задним присоединением. 

Рубильники с центральной рукояткой могут служить только в качества разъединителей, т. е. размыкать предварительно обесточенные электрические цепи, а рубильники остальных видов могут коммутировать электрические цепи под нагрузкой. 

В качестве пусковых аппаратов рубильники применяются для электродвигателей мощностью не более 10 кВт, причем номинальный ток рубильника без дугогасительных камер должен быть в 4...5 раз выше номинального тока двигателя. 
Рубильники серии Р и рубильники переключающие серии РП для неавтоматической коммутации силовых электрических цепей переменного тока напряжением до 660 В и постоянного тока напряжением до 440 В. 

Различаются: по номинальному току, по виду рукоятки привода (для рубильников со степенью защиты 1Р00 — боковая, устанавливается непосредственно на рубильнике: боковая вынесенная, для управления рубильником, находящимся в шкафу, с боковой поверхности шкафа, привод обеспечивает степень защиты 1Р32 и 1Р54; передняя для управления рубильником, находящимся в шкафу, с передней поверхности шкафа, привод обеспечивает степень защиты 1Р32; рычаг для управления рубильником штангой; без рукоятки для встройки в оболочки со степенью защиты 1Р32 и 1Р54. Для рубильников в оболочке со степенью защиты 1Р32 и 1Р54 — боковая вынесенная), по расположению рукоятки (справа или слева для рубильников со степенью защиты 1Р00 и справа для рубильников в оболочке со степенью защиты 1Р32 и 1Р54), по числу полюсов (1, 2 и 3), по расположению плоскости присоединительных зажимов относительно контактной плоскости, наличию или отсутствию дугогасительных камер, по наличию или отсутствию контактов вспомогательной цепи, по степени защиты и климатическому исполнению. 

У словное обозначение рубильника на примере Р15-35361-00УЗ расшифровывается следующим образом: Р (или РП) - обозначение вида рубильника; 15 - обозначение вида рукоятки привода (табл. 46); 35 - условное обозначение номинального тока (30—80 А, 31 - 100 А, 34-200 А, 35-250 А, 36-320 А, 37-400 А, 38-500 А, 39- 630 А); 3 - число полюсов (1, 2 или 3); 6 - обозначение положения плоскости присоединительных зажимов в сочетании с дугогасительными камерами; 1 - обозначение наличия или отсутствия контактов вспомогательной цепи (0 - отсутствие, 1 - наличие); 00 - обозначение степени защиты (1Р00 - 00, 1Р32 - 32 и 1Р54 - 54); УЗ - климатическое исполнение и категория размещения. Технические данные рубильников приведены в таб. 1. 

Таблица 1 – Технические данные рубильников

Н оминальный ток рубильников со степенью защиты 1Р00 составляет 100, 250, 400 и 630 А, а со степенью защиты 1Р32 и 1Р54—80, 200, 320 и 500 А. Рубильники могут работать в продолжительном режиме, допустимая частота включений — не более 6 в час. 

Устройство и принцип действия рубильников

Рубильник представляет собой сборку определенного количества однотипных пакетов, стянутых шпильками, на общем пластмассовом валу (рисунок 1). 

Набор неподвижных контактов с корпусом составляет пакет, число которых в рубильнике соответствует числу полюсов с добавлением одного корпуса с размещенным в нем механизмом фиксации. Подвижные контакты составлены из двух параллельных ножей (на каждый полюс), сжатых спиральными пружинами, которые осуществляют контактное нажатие, и собранных в отдельный узел, устанавливаемый в валу. Конструкция оболочки рубильников со степенью защиты 1Р32 и 1Р54 обеспечивает блокировку крышки так, что во включенном положении рубильника невозможно открыть крышку, а при открытой крышке невозможно включить рубильник. Рубильники также обеспечивают возможность запирания рукоятки висячим замком в положении «Отключено». 

Рисунок 1 – Рубильники: а — c центральной рукояткой: 1 — подвижный контакт; 2 — шарнирная стойка; 3 — контактная стойка; 4 — разрезное кольцо; 5 — выпуклые шайбы; б — рубильник-предохранитель: 1 — предохранитель; 2 — рукоятка; 3 — контактная стойка; в — с рычажным приводом: 1 — центральный рычажный привод; 2 — дугогасительная камера; 3 — подвижный контакт

6. Выключатели

Рис. 1 Конструкция механизмов выключателя: а) – качающийся механизм выключателя с пружиной сжатия: 1 – клавиша, 2 – пружина, 3 – шарик, 4 – коромысло; б) - качающийся механизм выключателя с пружиной растяжения: 1 – контактная пластина, 2 – рамка, 3 – скоба, 4 – пружина, 5 – основание; в) – кулачковый механизм выключателя с плоской пружиной: 1 – ручка, 2 – пружина, 3 – контактная пластина.

При замене выключателя или приобретении нового следует обратить внимание на конструкцию механизма (клавишный, перекидной, поворотный, кнопочный, шнуровой), на конструкцию корпуса (для скрытой или открытой проводки, для установки на проводе, для встраивания в электроприборы), на число полюсов и коммутирующих цепей, на номинальный коммутируемый ток. Наибольшее применение получили выключатели с кинематическими схемами, приведенными на рисунке ниже.

В качающемся механизме с пружиной сжатия (рисунок А, если смотреть слева направо) при нажатии па клавишу 1 шарик 3, сжимая пружину 2, проходит через ось качания коромысла 4,после чего под действием пружины скользит по плечу коромысла, перекидывая его в противоположное положение.

В качающемся механизме с пружиной растяжения (рисунок Б) рамка 2, механически закрепленная на клавише выключателя и прижимаемая к основанию 5 пружиной 4, может качаться вокруг оси, вступая в контакт с пластиной 2 или размыкая этот контакт. Пружина 4 посредством детали 3 при переходе рамки 2 через вертикальную плоскость перекидывает рамку из положения «включено» в положение «выключено» или обратно в зависимости от нажима на верхнюю или нижнюю часть клавиши. Механизм применяется в выключателях с плоским корпусом с одной, двумя или тремя крупными клавишами в одном блоке. Выключатели достаточно эстетичны, удобны для пользования, пригодны для скрытой и открытой проводки.

7. Автоматический выключатель. 

Устройство автоматических выключателей и принципы их работы подобны, различия заключаются, и это важно, в материале комплектующих и качестве сборки. Серьезные производители используют только качественные электротехнические материалы (медь, бронзу, серебро), но встречаются и изделия с комплектующими из материалов с «облегченными» характеристиками.

Простейший способ отличить оригинал от подделки – цена и вес: оригинал не может быть дешевым и легким при наличии комплектующих из меди. Вес фирменных автоматов определяется моделью и не может быть легче 100 – 150 г.

Конструктивно модульный автоматический выключатель выполнен в прямоугольном корпусе, состоящем из двух скрепленных между собой половинок. На лицевой стороне автомата указаны его технические характеристики и расположена рукоятка для ручного управления.

Как устроен автоматический выключатель - основные рабочие органы автомата

Если разобрать корпус (для чего необходимо высверлить соединяющие его половинки заклепки), то можно увидеть устройство автоматического выключателя и получить доступ ко всем его компонентам. Рассмотрим наиболее важные из них, которые обеспечивают нормальное функционирование устройства.

1. В ерхняя клемма для подключения;

2. Неподвижный силовой контакт;

3. Подвижный силовой контакт;

4. Дугогасительная камера;

5. Гибкий проводник;

6. Электромагнитный расцепитель (катушка с сердечником);

7. Ручка для управления;

8. Тепловой расцепитель (биметаллическая пластина);

9. Винт для регулировки теплового расцепителя;

10. Нижняя клемма для подключения;

11. Отверстие для выхода газов (которые образовываются при горении дуги).

8. Пакетный выключатель (пакетник).

Пакетные переключатели и выключатели предназначены для работы в качестве вводных выключателей, переключателей цепей управления и распределения электрической энергии, управления электродвигателями.

О дно-, двух-, трех- и четырехполюсные пакетные выключатели и переключатели (пакетники) применяют для включения и отключения электрических цепей с токами от 6,3 до 400 А при напряжении 660 В переменного тока частотой до 400 Гц и до 400 В постоянного тока.

Устройство. Трехполюсный пакетный выключатель имеет четыре пластмассовых диска (пакета) 2, в вырезы которых вставлены неподвижные контакты в виде ножей 3. Замыкание и размыкание контактов осуществляется пружинящим подвижным контактом 1, получающим вращение от рукоятки 5.Три рабочих и один холостой пакеты собирают вместе и стягивают шпильками 4.

• По сравнению с рубильниками пакетные выключатели имеют значительно меньшие размеры, при отключении цепи создают в ней одновременно два разрыва, а благодаря пружинному механизму мгновенного отключения размыкание цепи происходит очень быстро, что увеличивает стойкость контактов по отношению к электрической дуге.

• Основной недостаток пакетного выключателя - малая износостойкость (не свыше 103÷203 переключений).