Аппараты защиты: назначение, виды, классификация, технические характеристики, установка, особенности эксплуатации, настройки и ремонта

Особенности систем управления

Системы управления электроприводами являются неотъемлемой частью механизма.

Системы управления выполняют определенные функции в зависимости от назначения устройства:

• пуск и выключение;
• регулировка скорости;
• управление положением механизма или машины;
• контроль и изменение характеристик устройства в соответствии с заданными параметрами;
• защита, блокировка оборудования или сигнализация.

В зависимости от типа управления все системы делятся на три группы:

• ручные. Оператор самостоятельно следит за рабочими процессами, непосредственно воздействуя на механизмы электропривода. Недостаток очевиден – это низкая точность, наличие человеческого фактора и медлительность системы. Этот тип управления используется редко, для выполнения базовых операций и контроля за одним процессом;
• полуавтоматические. В данном случае присутствие оператора необходимо, но его участие в процессе остается минимальным – он лишь воздействует на автоматические системы, причем контроль может проводиться дистанционно. Главное преимущество – повышается быстродействие и точность обработки данных и регулировки процессами;
• автоматические. Эти системы управления не допускают участия оператора – все процессы контроля и регулировки электроприводами осуществляются в автономном режиме согласно заложенной программе и с учетом внештатных ситуаций.

Аппараты защиты электрических сетей

Для обеспечения соответствующего уровня безопасности токопроводящей линии и исключения негативных последствий из-за короткого замыкания или перегрузки сети, применяют разнообразные аппараты защиты электрических сетей.

Самым распространенным устройством, обеспечивающим такую защиту, служит предохранительное устройство, выполненное в виде плавких предохранителей или автоматических выключателей. Составные элементы плавкого предохранителя: корпус, плавкое вещество и контактная часть.

Принцип действия такого устройства основан на выделении большого количества тепла проводником с плавким веществом, в случае прохождения через него большого значения силы тока. Такой эффект приводит к разрыву проводящего элемента предохранителя и цепи.

Следующим видом защитных устройств является автоматический выключатель. Такой аппарат состоит из крышки, корпуса, дугогасительной камеры и механизма свободного расцепления.

Последний элемент устройства может быть электромагнитным или же тепловым.

Автоматические выключатели, которые снабжены механизмом электромагнитного расцепления, предназначены для защиты от короткого замыкания.

Если же в аппарате установлен механизм теплового расцепления, то предназначение такого устройства – защита от перегрузок сети.

Наружная электропроводка

Ее применяют при монтаже уличного освещения, подведении электричества к садово-дачным постройкам (гараж, баня, хозблок) или на чердак строения.

Наружная электропроводка может быть осуществлена следующими способами:

• Прокладка по воздуху между опорами (тросовая или струнная электропроводка),
• Прокладка по поверхности зданий и построек,
• Подземная прокладка (скрытая проводка).

На заметку!

Для выбора наиболее подходящего способа прокладки кабеля нужно руководствоваться Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

Также на выбор влияют условия окружающей среды (в чердачных помещениях необходимо позаботиться о надежной защите кабельной системы от влаги, а в деревянном доме – от возгорания).

Требования к электрическим аппаратам

Каждый электрический аппарат должен удовлетворять ряду требований. К этим требованиям относятся:

Термическая стойкость

Аппарат должен длительное время выдерживать нагревание, происходящее за счет протекания по нему электрического тока.

Электродинамическая стойкость

Аппарат должен выдерживать кратковременные не номинальные режимы электрической сети, такие, как короткое замыкание или перегрузка.

Другие требования

К ним относятся ряд индивидуальных требований, касающихся специфики работы аппарата. Кроме того, аппарат должен иметь по возможности меньшие габариты, массу и стоимость, он должен быть простым в эксплуатации и быть надежным.

Ссылки по теме

• Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
  / Нормативный документ от 9 февраля 2007 г. в 02:14
• Библия электрика
  / Нормативный документ от 14 января 2014 г. в 12:32
• Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Том 10 
  / Нормативный документ от 2 марта 2009 г. в 18:12
• Кабышев А.В., Тарасов Е.В. Низковольтные автоматические выключатели
  / Нормативный документ от 1 октября 2019 г. в 09:22
• Правила устройства воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими изолированными проводами
  / Нормативный документ от 30 апреля 2008 г. в 15:00
• Маньков В.Д. Заграничный С.Ф. Защитное заземление и зануление электроустановок
  / Нормативный документ от 27 марта 2020 г. в 09:05
• Князевский Б.А. Трунковский Л.Е. Монтаж и эксплуатация промышленных электроустановок
  / Нормативный документ от 17 октября 2019 г. в 12:36

Электрические аппараты тепловоза

Электрические аппараты тепловоза подразделяются на следующее виды: устройства защиты, устройства управления и измерительные приборы. В зависимости от напряжения сети можно выделить низковольтные и высоковольтные устройства.

К наиболее распространенным видам электрических аппаратов тепловоза относят аппараты управления:

• реверсоры;
• контроллеры;
• выключатели;
• контакторы;
• реле.

Контроллеры выполняют функцию настройки мощности дизельного двигателя. Элементы управления данным устройством выполнены в виде двух рукояток: главной и реверсивной.

С контроллера помощью машинист подает ток на тягловые электродвигатели. Движение реверсивного рычага приводит к смене полярности электродвигателя, и, соответственно изменяет направления движения тепловоза.

Выключатели служат для включения и выключения вспомогательных устройств и осветительных приборов.

Контакторы выполняют функцию выключателей, размыкая и замыкая силовые линий.

Реле управления позволяет включать и отключать соответствующие линии управления. Реле перехода позволяет осуществлять переключение силовых электроустановок тепловоза в автоматическом режиме.

Другая группа электрического оборудования для тепловоза – это аппараты автоматического регулирования (регуляторы напряжения и амплистаты).

Регуляторы напряжения обеспечивают постоянное напряжение вспомогательной генераторной установки.

Амплистат выполнен в виде магнитного усилителя. Основная функция данного устройства – регулирование силы тока возбуждения тягового генератора тепловоза.

Защитные электрические аппараты тепловоза – это блокировочный магнит, реле давления масла, реле заземления, реле боксования, реле ограничения тока и температурное реле.

1.3. КОНТРОЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНТАКТОВ И ИХ ИЗМЕРЕНИЯ.

Раствор (разрыв контактов) это расстояние между рабочими поверхностями
контактов в их выключенном по­ложении.

Провал (притирание) это расстояние, проходимое подвижным контактом от
момента соприкосновения контактов вспомогательными поверхностями до их
полного замыкания рабочими поверхностями.  Производится притирающей
пружиной.

Начальное контактное нажатие (давление) создается притирающей пружиной. В
зависимости от типа аппарата оно находится в пределах 3.5 – 9
кг.

Конечное контактное нажатие (давление) создается электропневматическим или
электромагнитным  приводом в зависимости от типа аппарата оно должно бытьи
менее 14 – 27 кг.

а)                                                         б)

Рисунок 4.  Шаблон для измерения разрыва контактов

а) контакторов типа ПК МК 310
(МК 010) МК 015
(МК 009) и групповых переключателей, б) кулачковых переключателей и разрыва
контактов контактора типа МКП 23

Линия соприкосновения контактов
должна быть не менее 80 % от общей площади контакта.

Раствор контактов определяют наименьшим расстоянием между контактами в
разомкнутом положении.  Измеряется угловым шаблоном, проградуированным в
миллиметрах (рисунок 4 а и б).

Провал контактов в каждом из аппаратов измеряют в зависимости от конструкции
контактной системы.  Так измерение провала контактов у контакторов типа ПК и
контакторных элементов групповых переключателей производят при включенном
аппарате угловыми шаблонами на 12 и 14 градусов  Угол отклонения держателя
подвижного контакта от упора контактного рычага (Рис 5, а) равный 13±1
градус соответствует провалу контактов 10 – 12
мм

Провал контактов кулачковых элементов у кулачковых переключателей определяют
в замкнутом положении контактов по расстоянию а (Рис 5, б).
Расстояние «а 7-10
мм соответствует провалу 10-14
мм

                               а)                                                                                                          б)

Рисунок 5.  Определение провала контактов.

а) определение провала контактов контакторов типа ПК и контакторных элементов групповых переключателей б)
— определение провала контактов кулачковых элементов к кулачковых аппаратов

Начальное контактное нажатие определяется усилием сжатия притирающей
пружины. Конечное нажатие кон­тактов замеряют динамометром при замкнутых
контактах, отсчет по которому производят в тот момент, когда рукой можно
будет выдернуть полоску бумаги, зажатую между контактами при давлении
сжатого воздуха в электропневмати­ческом приводе 5 кг/см2. При
электромагнитном приводе напряжение на включающей катушке должно быть 50В.
При этом динамометр должен быть закреплен на подвижный контакт так, чтобы
сила, приложенная к нему, пересекала ли­нию касания контактов и совпадала с
направлением движения контакта в момент отрыва.

Для ножевых разъединителей качество контакта проверяют усилием на рукоятке
при включении оно должно быть не менее 2,1-2,5 кг/см2, а при
отключении — 1,3-1,6 кг/см2.

Линия касания контактов должна быть для всех аппаратов не менее 80% кроме,
аппаратов оговоренных в тех­нических условиях. Определяется по отпечатку на
копировальной бумаге при включённом аппарате

1.4 ПОНЯТИЕ О ДУГОГАШЕНИИ В АППАРАТАХ.

Размыкание любой электрической цепи
сопровождается образованием электрической дуги. Ее
длина зависит от величины тока в цепи, состояния контактов и влажности
окружающей среды. Образование дуги объясняется тем, что при снятии
напряжения с катушки привода аппарата, давление контактов друг на друга
ослабевает, переходное сопротивление между ними увеличивается. Это приводит
к их нагреву а, следовательно, и к нагреву окружающего воздуха. Воздух
вокруг контактов ионизируется, то есть становится токопроводящим, и потому
при расхождении контактов между ними возникает электрическая дуга. Она
вызывает подгар контактов, а при длительном её горении и большом токе в
разрываемой цепи к оплавлению контактов и даже порче аппарата.

При расхождении контактов длина дуги увеличивается.  Однако она будет гореть
до тех пор,  пока ее длина не достигнет критической. При большом токе
критическая длина дуги принята 20 В/см. Таким образом, чтобы обеспечить
разрыв дуги в аппарате, размыкающем цепь с напряжением 3000 В, нужно
вытянуть дугу до 3000В / 20 = 150 см.
Растянуть дугу до такой длины путем расхождения контактов не предоставляется
возможным,  поэтому в таких аппара­тах применяют специальные дугогасительные
устройства

В зависимости от мощности дуги ее гашение
производят различными способами

•  увеличением длины дуги до критической
длины выбором величины раствора контактов.  Такой способ дугогашения
применяется в аппаратах  разрываемых цепи управления с небольшими по
величине токами.  К таким аппаратам относятся реле  кнопочные выключатели,
контроллер машиниста и т.п.;

•  применение двойного разрыва дуги с
охлаждением дуги снизу. Такой способ дугогашения применяется в
контакторах МК-15-01 на электровозах ВЛ11 и в контакторах МК-009 на
электровозах ВЛ11М;

•  воздушное дутье, увеличением
давления газов внутри предохранителей, из-за нагрева меловой засыпки  песка
или фибрового корпуса предохранителя;

•  применением
специального дугогасительного устройства  состоящего из дугогасительной
катушки и дугогасительной камеры. Такой
способ дугогашения применяется в быстродействующем выключателе и контакторах
силовой цепи тяговых электродвигателей и высоковольтной цепи вспомогательных
машин,  а также в низковольтных электромагнитных контакторов, применяемых в
цепях управления, обладающими большой индуктивностью или по которым
протекают большие токи.

В дугогасительных устройствах дуга
рассматривается как проводник с током  имеющей определенную длину и сечение
и находящийся в магнитном поле создаваемом дугогасительной катушкой. Под
действием электромагнитной силы, направление которой определяется по правилу
«Левой руки»  дуга из раствора контактов перемещается в сторону
дугогасительной камеры и сбрасывается на ее дугогасительные рога.  В
зависимости от конструкции камеры она растягивается до критической
длины,  огибая лабиринтные перегородки, или разделяется на параллельные
ветви, охлаждается о стенки камеры и погасает. При горении дуги в камере
воздух и газы, выделяемые из стенок и перегородок
камеры,  нагреваются.  Вытесненные дугой из камеры они ионизируют воздух над
ней, поэтому дуга будет гореть вне пределов камеры и перебросится на
заземляющие части. Для исключения ионизации воздуха над камерой в
дугогасительных камерах, например  БВ, или контакторах типа МК-010 на
электровозах ВЛ11М, применяют
деионные решетки.  Они охлаждают
нагретые дугой воздух и газы  так как представляют из себя пакеты из тонких
стальных пластин   скрепленные текстолитовыми планками и установленные
вверху дугогасительной камеры.

Рисунок 6.  Дугогасительное устройство: схема дугогасительного устройства

 (а) и взаимодействие магнитного потока дугогасительной катушки и дуги (б).

Дугогасительная катушка и контакты
соединены последовательно, поэтому при изменении направления тока (при
элек­трическом торможении) одновременно изменяется и направления магнитных
силовых линий магнитного поля дугогаси­тельной катушки и этим самым
сохраняется перемещение дуги только в сторону расположения дугогасительной
каме­ры.

При недостаточной мощности дугогасительных устройств аппаратов их включают
по два последовательно (ли­нейные контакторы на электровозах ВЛ10) или
увеличивают длину дугогасительной камеры (дугогасительные камеры у линейных
контакторов на электровозах ВЛ11 и ВЛ11М)

 Рисунок 7.  Дугогасительные устройства.

а)  щелевого типа    б) лабиринтно-щелевого    в) щелевого с деионной
решеткой

Схемы электроприводов

В промышленности широко применяются электроприводы. Их основным предназначением является преобразование энергии. Устройства представляют собой автоматизированную электромеханическую систему.

Электромеханическая система электроприводов в свою очередь включает три вида узлов:

• электрические;
• механические;
• электронные.

Обычно данная система состоит из двигателя, преобразователя и автоматического управления. Электроприводы способствуют приведению в движение практически всех механизмов, которые имеются на заводах и фабриках, а также транспортных средств и бытовой техники.

На сегодняшний день практически все аппараты, приборы и агрегаты оборудованы данным устройством.

Сюда можно отнести:

• сплит-системы и холодильное оборудование;
• трамваи и троллейбусы;
• поезда и самолеты;
• автомобили;
• бытовая техника;
• принтеры и сканеры;
• часы.

Схема электропривода, который имеет промышленный механизм, представлена на рисунке ниже.

При этом данные устройства могут в значительной степени отличаться по своим габаритам. Электроприводы выполняются от нескольких миллиметров до гигантских размеров с «двухэтажку», которые двигают мощный прокатный стан.

Подобные системы отличаются рядом особенностей.

Первая заключается в том, что скорость электроприводов регулируется посредством применения полупроводниковых преобразователей энергии.

Второй особенностью является использование микропроцессорных контроллеров. Они непосредственно позволяют решать задачу управления данными устройствами. Общая структура прибора выглядит следующим образом.

1.5. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ (ЭЛЕКТРОВОЗ ВЛ-11)

Электрические аппараты магистральных
электровозов постоянного тока должна соответствовать следующим техническим
условиям:

• расчётное номинальное напряжение в
контактной сети 3000В, но аппараты должны сохранять работоспособность при
длительном его повышении до 3800В и кратковременном повышении до 4000В;

•  расчетное номинальное напряжение 50В, но
аппараты должны включаться при напряжении 30-В при питании их ка­тушек от
аккумуляторной батареи и 35В — при питании от генератора управления;

• номинальное давление сжатого воздуха 5
кг/см2, минимальное давление этого воздуха для включения
аппаратов 3,5 кг/см2. Давление сжатого воздуха для испытаний на
утечки 6,75 кг/см2;

• аппараты должны устойчиво работать при
температуре наружного воздуха от -40° до +50°.

   .. 

1 

3   ..

Разделение оборудования на группы согласно ПУЭ

1 категория

В этот перечень включены установки для сетей 220 кВ и более, которые применяются в сетях с нейтралью трансформатора с заземлением глухого типа. При нейтрали эффективно-заземленного вида параметры сетей находятся в диапазоне 110-220 кВ. Последний вариант используется для выполнения функций ограничения тока замыкания относительно земли.

2 категория

Установки с режимом резонансного заземления нейтралей сетевых элементов и нейтралью изолированного исполнения в сетях от 3 до 35 кВ. Заземление, выполняющееся через резисторы или дугогасящие реакторы, необходимо для компенсирования емкостных токов в момент замыкания на землю.

3 категория

К этой группе, применяемой в работе с небольшими емкостными токами и изолированной нейтралью, относятся сети 110, 220, 380 и 660 В.

4 категория

Аналогичные параметры с предыдущей группой по параметрам установок, кроме сетей 660 В.