книги / Электрооборудование электровакуумного производства

Продолжение табл. 1-П

Выключатель путевой:

?

I

однополюсный

tI

трехполюсный

3

двухполюсный 4-ПОЗИЧИОННЫЙ

Продолжение табл. 1-14

Сдиаграммой положения, связанный линией меха нической связи с подвижным контактом

Двухполюсный 3-позиционный с нейтральным поло­ жением

Реле:

электрическое с замыкающим, размыкающим и переключающим контактами

электротепловое без самовозврата, с возвра­ том нажатием кнопки

какого-либо механизма перемещается регулируемый штифт 4. Он передает движение штоку 3, на котором рас­ положены нормально закрытые 2 и нормально открытые

52

1-3. ЗАЩИТНАЯ АППАРАТУРА

Защитная аппаратура предназначена для предохра­ нения элементов электрических цепей и различных при­ боров электрооборудования от чрезмерных перегрузок и токов коротких замыканий. Наибольшее распростране­ ние для защиты электроаппаратуры получили плавкие предохранители, автоматические воздушные выключате­ ли, релейная защита.

ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Плавкие предохранители предназначены для защи­ ты электроустановок от теплового действия тока при коротких замыканиях и перегрузках в цепях с напряже­ нием до 500 В. Применяются плавкие предохранители

по пластине 2 и металлическому патрону 3 через ввинчен­ ную в патрон пробку, в которой плавная вставка 5 при­ паяна к резьбовому патрону 4 и донной пластине 6, кон­ тактирующей с пластиной 7. При превышении расчетных величин тока (см. ниже) плавкая вставка 5 перегорает, предохраняя все расположенные за ней по цепи электро­ приборы и аппараты от разрушения.

Трубчатые предохранители выполняются пустотелыми (рис. 1-17) и наполненными (рис. 1-18). Пустотелые трубчатые плавкие предохранители типа ПР-2 представ­ ляют собой фибровую трубку 1 (рис. 1-17), имеющую с двух концов латунные нарезные втулки, на которые

53

навинчены нарезные патроны 3. В щелевые отверстия патронов выведены контактные пластины 2, к внутрен­ ним концам которых привинчивается плавкая вставка 4. В процессе работы при возрастании нагрузок выше рас­ четных вставка 4 перегорает, а возникающая дуга быст­ ро гасится благодаря возникающим при температурном разложении фибры водяному пару и другим компонен­ там. Этому способствует резко поднимающееся давление в трубке.

(рис. 1-18) представляет собой пустотелый фарфоровый корпус 1, закрытый крышками 2 с прикрепленными к ним асбоцементными прокладками. Через крышки про­ ходят контактные ножи 3, на которых внутри корпуса 1 крепятся контактные пластины 4. Между пластинами 4 размещается плавкая вставка 5, а полость корпуса за­ полняется кварцевым песком, который обеспечивает бы­ строе гашение дуги, возникающей при перегорании пре­ дохранителя.

Определение номинального тока плавкой вставки предохраните­ ля производится исходя из необходимости обеспечения работы цепи в нормальных условиях и плавления ее при возрастании тока до опасных для защищаемых приборов значений. Номинальный ток плавкой вставки /н.в должен быть равен или несколько больше рас­ четного тока защищаемой установки /р. Таким образом,

/н.В^^р.

54

При применении плавкого предохранителя для защиты несколь­ ких электрических аппаратов необходимо вести расчет по суммарно­ му току. Это делается по формуле

/ р ==-КсП?И,

где Кс — коэффициент спроса, определяемый по таблицам и отра­ жающий отношение мощности одновременно включаемых электриче­ ских аппаратов (Рп) к установленной мощности (Р):

п — число потребителей тока, установленных в защищаемой маги­ страли; /а — номинальный ток отдельного потребителя.

Для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым рото­ ром плавкая вставка выбирается на основании следующей расчетной формулы:

Лчуск

где /пуск — пусковой ток электродвигателя; а — коэффициент, зави­ сящий от режимов работы.

Для работы двигателей в нормальных условиях с редкими пус­

ками а=2,5; если пуски частые, нагрузки повышенные, то а =

= 1,6-*-2,0.

Величины номинальных токов плавких предохраните­ лей стандартизованы (4, 6, 10, 15, 20 и т. д. до 1000 А), и при расчетах выбирается предохранитель следующего большего значения номинального тока вставки.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Автоматические воздушные выключатели совмещают функции рубильников и предохранителей, так как защи­ щают установку от перегрузки и токов коротких замы­ каний, а с другой стороны, используются для нечастых включений и выключений установок. Вместе с тем вы­ ключатель может применяться для отключения аппара­ туры от сети при исчезновении напряжения или сниже­ нии его ниже определенной расчетной величины. На рис. 1-19 показана схема однополюсного воздушного автоматического выключателя (автомата), срабатываю­ щего при возрастании тока до определенного значения. Детали автомата размещены на изолирующей плите 1. Ножи 3 рубильника 4 входят в контактные пластины 2. Защелка 5 удерживает рубильник в вертикальном рабо­ чем положении. Другой конец защелки является якорем 7 электромагнита 6. Если в цепи ток возрастает до кри-

55

тйческих значений, в электромагните 6 возникают силы, достаточные для притяжения якоря 7. При этом другой конец рычага, жестко связанного с якорем, поднимается и зуб защелки 5 выходит из зацепления с зубом на рукоятке рубильника, и она резко поворачивается под действием усилия пружины 8, разрывая тем самым цепь, поскольку нож 3 выходит из пружинных контактов 2.

Изображенный на рис. 1-20 автомат называется ми­ нимальным, так как он срабатывает и отключает цепь

тока.

тогда, когда величина напряжения оказывается ниже определенного, заранее установленного значения. Эле­ менты конструкции аналогичны деталям автомата ма­ ксимального тока, описанным выше (см. рис. 1-19), но здесь отсутствует защелка и роль якоря выполняет де­ таль 5, укрепленная на рубильнике 4. Рубильник, как это видно из схемы, будет находиться в рабочем поло­ жении до тех пор, пока в цепи катушки 6 будет проте­ кать ток, достаточный для притяжения якоря 5, чему противодействует усилие пружины 7. При уменьшении напряжения сила притяжения электромагнита уменьшит­ ся и рубильник отключится.

Регулировка автоматов осуществляется подбором со­ отношений усилий электромагнита 6 и пружины 7.

56

СПОСОБЫ УСКОРЕНИЯ И ЗАМЕДЛЕНИЯ СРАБАТЫВАНИЯ РЕЛЕ, МЕТОДЫ ИСКРОГАШЕНИЯ

При выполнении различных схем защиты, а также при коммутации отдельных цепей возникает необходимость введения временных задержек. В других случаях, наобо­ рот, необходимо быстродействие. Временная селекция сигнала позволяет избавиться от ложных срабатываний системы защиты при появлении кратковременных сигна­

собы, наиболее распространенные из которых показа­ ны на рис. 1-21. Способ ускорения срабатывания реле (рис. 1-21,а) с помощью шунтирования добавочного ре­ зистора конденсатором С заключается в том, что вклю­ чение реле осуществляется повышенным значением тока в переходном режиме. Обмотка реле питается от источ­ ника повышенного напряжения, и в целях установления нормального рабочего тока и отсутствия перегрева об­ мотки последовательно с ней в цепь источника питания устанавливается ограничительный резистор Яя. В пере­ ходном режиме (при включении реле) ток включения реле проходит через конденсатор, представляющий для тока переходного режима малое сопротивление, и может быстро нарастать до значительной величины, чем и объ­ ясняется ускорение процесса срабатывания. Так как переходный режим является кратковременным, то ток переходного режима практически не вызывает перегрева обмотки реле. Выбор величины емкости может быть сде­ лан по условию

57

Время срабатывания реле в такой схеме будет тем меньше, чем больше емкость конденсатора и чем больше

личина Яд выбирается из условия минимально допусти­ мого установившегося тока, равного току удержания:

Яд.макс — максимально допустимая величина добавочного сопротивления, Ом.

Способ замедления срабатывания реле с помощью шунтирования его обмотки конденсатором С показан на рис. 1-21,6. При замыкании ключа К ток переходного режима вначале замыкается через конденсатор С, минуя обмотку реле, индуктивность которой представляет для него значительное реактивное сопротивление. К концу переходного режима, когда скорость изменения тока ста­ новится небольшой, начинает нарастать ток в обмотке реле. Таким образом, осуществляется замедление сраба­ тывания реле, пропорциональное емкости шунтирующего обмотку конденсатора С. Значение установившегося то­ ка, так же как и в предыдущем случае, определяется сум­ марным значением сопротивления ограничительного ре­ зистора Яд и омического сопротивления обмотки реле Я.

Способ замедления срабэ гывания реле с помощью дополнительной короткозамкнутой обмотки, обладающей некоторой индуктивностью LKи малым омическим сопро­ тивлением Як, сводится к следующему. У реле промыш­ ленного изготовления с замедлением на срабатывание эта обмотка выполняется в виде массивной медной втул­ ки, надетой на сердечник магнитопровода реле под основ­ ной обмоткой и являющейся короткозамкнутым витком. В переходном режиме, возникающем при включении реле, в этой втулке индуктируется ток, создающий маг­ нитный поток, противоположный по направлению основ­ ному магнитному потоку и задерживающий его нараста­ ние. Время нарастания магнитного потока, а следова­ тельно, и время срабатывания реле увеличиваются.

За счет накопления энергии в индуктивности управ­ ляемой электрической цепи при ее коммутации происхо­ дит образование между контактами электрической дуги

58

или сильного искрения в результате быстрого появления и исчезновения дуги. Условия работы контактов ухуд­ шаются с увеличением индуктивности коммутируемой цепи. Для уменьшения искрообразования в релейных схемах применяют два типа искрогасящих устройств — устройства, шунтирующие индуктивность коммутируемой цепи, и устройства, шунтирующие сами контакты. Работа искрогасящих устройств основана на том, что магнитная

рис. 1-22,а показана схема, в которой при размыкании контактов магнитная энергия расходуется на вспомога­ тельном резисторе г контура г—R—L. Сопротивление резистора г выбирается в 5—10 раз больше сопротивле­ ния основной цепи R. Недостатком такой схемы является потеря энергии на вспомогательном резисторе г при по­ стоянно замкнутых контактах. Этот недостаток устраня­ ется, если резистор г включить последовательно с емко­ стью С, как показано на рис. 1-22,6. Следует иметь в виду, что в такой схеме возможно возникновение коле­ баний в контуре R—L—С—г. Для отсутствия колебаний отношение L/C должно быть выбрано из условия L /C < </?2. В ветви с емкостью при длительном размыкании или замыкании контактов потерь энергии не будет, так как ток через емкость будет проходить только при ком­ мутации контактов. В схеме, представленной на рис. 1-22,в, для этой же цели используется полупровод­ никовый вентиль Д, включенный для основного тока

59

fe обратном направлении. Обратное сопротивление вен­ тиля велико, и поэтому потерь энергии почти нет. При коммутации э. д. с. самоиндукции создает ток обратного направления, для которого вентиль оказывается включен­ ным в прямом направлении, что приводит к резкому шунтированию благодаря малому значению сопротивле­ ния вентиля в прямом направлении. В схеме, показанной на рис. 1-22,г, ток (при размыкании контакта) может проходить через шунтирующий резистор г с сопротивле­ нием (5—10)^. Значение сопротивления этого резистора ограничивается сверху напряжением дугообразования (при разомкнутом контакте падение напряжения долж­ но быть ниже напряжения дугообразования). Недостат­ ком этой схемы является падение напряжения на этом резисторе части общего напряжения источника питания (неполное выключение) при разомкнутом контакте. Наи­ большее распространение получила схема, показанная на рис. 1 -22Д с шунтированием контактов конденсато­ ром. Величина емкости подбирается экспериментально (ориентировочное значение 0,5—2 мкФ). При повторном замыкании контактов может возникнуть искрообразование за счет большого разрядного тока конденсатора. По­ этому последовательно с ним рекомендуется ставить ограничительный резистор г, на котором будет расходо­ ваться энергия, запасаемая в конденсаторе. Сопротивле­ ние этого резистора выбирается по экспериментальным формулам. Так, например, для серебряных контактов принимают:

где U0-—напряжение на конденсаторе, В; 140— коэффи­ циент, А.

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Для защиты электроизмерительных приборов от пе­ регрузок наиболее широко применяются релейная защи­ та и защита с помощью нелинейных полупроводниковых элементов. Для токовых электроизмерительных прибо­ ров (амперметров) применяется схема защиты с исполь­ зованием реле максимального тока. Ток срабатывания реле устанавливается равным 1,5—3-кратному значению тока полного отклонения (шкалы) защищаемого прибора в соответствии с допускаемой перегрузкой для данного

60