Устройство, принцип действия пуско-защитной аппаратуры

Автоматические воздушные выключатели выпускаются в пластмассовых корпусах. На основании каждого корпуса монтируется коммутирующее устройство, состоящее из неподвижных и подвижных контактов, заключённых в дугогасительную камеру, расцепители максимального тока и механизм управления. Дугогасительные камеры обеспечивают гашение дуги.
Подвижные контакты укреплены на изолированной траверсе и через механизм свободного расцепления с рукояткой (или кнопкой) выключателя. Во включенном положении подвижная система удерживается защелкой, связанной с расцепителем.
Механизм свободного расцепления обеспечивает мгновенное замыка-ние и размыкание контактов с постоянной скоростью, независимой от движения рукоятки или кнопки. Расцепитель максимального тока встраивается в каждый полюс выключателя последовательно. Тепловой расцепитель при перегрузках срабатывает с обратнозависимой от тока, выдержкой времени, т.е. чем больше ток перегрузки, тем быстрее произойдет отключение. Комбинированный расцепитель состоит из теплового и электромагнитного, поэтому отключение может произойти при действии любого из них.
Электромагнитные расцепители монтируются на передней стороне кор-пуса, а тепловые – на задней и закрываются пластмассовой пластинкой. Вы-ключатель, кроме основных, может иметь 1 и 2 замыкающих вспомогательных контактов. Если в автомате установлены только тепловые расцепители, то последовательно с ним должны быть включены предохранители, защищающие установку от токов короткого замыкания.
Силовые контакты могут быть снабжены искрогасительными (дугогасительными) номерами с решетками.
Автоматический воздушный выключатель А15-Т (рисунок 2, а) смонти-рован на термостойкой и механически прочной изоляционной плите 1. Основными частями выключателя являются контакты (на рисунке они не видны, поскольку закрыты дугогасительными камерами 17), механизм свободного расцепления 2, электромеханический привод 5, максимальные 6 и дополнительные 10 расцепители, панель 11 зажимов и коммутатор 15.
В выключателе использована трехступенчатая система контактов. Каж-дый полюс выключателя имеет три пары контактов: главные, промежуточные (переходные) и дугогасительные (разрывные).
Главные контакты выполнены из металлокерамики, а промежуточные и разрывные — из меди. Контактная система каждого полюса выключателя расположена в дугогасительной камере 17, обеспечивающей эффективное гашение дуги и исключающей возможность переброса дуги на соседние фазы или другие токопроводящие части автомата.
Подвижные контакты автоматического выключателя укреплены на изо-лированном главном валу 13. Автоматический выключатель отключается с помощью валика 12 от воздействия максимальных расцепителей 6 при недопустимом увеличении тока в защищаемой цепи, а также при воздействии на валик 12 дополнительных расцепителей 10. Воздействие при токе короткого замыкания максимальных расцепителей 6 на селективный валик 14 приводит также к отклонению выключателя, но через определенный промежуток времени. Выдержка времени осуществляется механическим замедлителем 4, расположенным на правой щеке механизма свободного расцепления 2. Подвижная контактная система связана с пружиной 16, служащей для отключения выключателя. Электромеханический привод 5 связан с механизмом свободного расцепления 2. В схеме его защиты и управления имеются трубчатый резистор, плавкий предохранитель 8 и реле управления 9.

Рисунок 2 – Автоматический воздушный выключатель А15-Т на 600 А пере-менного тока:
а — общий вид, б, в — контактная система во включенном и отключенном положениях автоматического выключателя; 1 — плита, 2 — механизм свободного расцепления, 3 — болт заземления, 4 — механический замедлитель расцепления, 5 — электромеханический привод, 6, 10 — максимальные и дополнительный расцепители, 7 — резистор, 8 — предохранитель, 9 — реле управления, 11 — панель зажимов, 12, 14 — отключающий и селективный валики, 13 — главный вал, 15 — коммутатор, 16, SO — пружины, 17 — дугогасительная камера, 18 — огнестойкая перегородка, 19, 28, 29 — нижняя, верхняя и регулировочная гайки, 20 — держатель, 21, 23 — промежуточный и главный контакты, 22 — дугогасительные контакты, 24 — фасонный винт, 25 — стакан динамометра, 26 — шкала динамометра с указателем, 27 — штифт.
Для присоединения автоматического выключателя к сети заземления служит болт 3. Наличие огнестойкой асбесто-шиферной перегородки 18 пре-дотвращает возможность переброса дуги. Дистанционное включение автоматического выключателя осуществляют электромеханическим приводом 5, а отключение — дополнительным расцепителем 10.
Контактная система автоматического выключателя (рисунок 2, б, в) со-стоит из трех параллельно включаемых групп контактов: главных 23, промежуточных 21 и дугогасительных 22. При включении выключателя замыкаются вначале дугогасительные, затем промежуточные и, наконец, главные контакты. Размыкание контактов при отключении выключателя происходит в обратном порядке.
Магнитные пускатели обеспечивают защиту электродвигателей от паде-ния напряжения (нулевая защита) и от перегрузки. При понижении напряже-ния до 35-40% от номинального втягивающая катушка перестает удерживать якорь электромагнита и контакты пускателя размыкаются. Защита от перегрузок осуществляется с помощью теплового реле ТРН, ТРП, РТТ, РТЛ.

Рисунок 3 – Магнитный пускатель серии ПМЕ

Схема устройства и принципа работы реле показана на рисунке 4. Реле состоит из нагревательного элемента 1, включаемого последовательно в одну из фаз цепи электродвигателя, биметаллической пластины 2, удерживающей спусковой механизм 3, нормально замкнутых контактов 4, которые включаются последовательно в цепь катушки пускателя. При увеличении тока в результате перегрузки двигателя температура нагревательного элемента возрастает.

Рисунок 4 – Схема устройства теплового реле:
1 — нагревательный элемент; 2 — биметаллическая пластина; 3 — защелка (спусковой механизм); 4 — нормально замкнутые контакты; 5 — кнопка воз-врата; 6 — пружина

Рисунок 5 – Тепловое реле ТРН:
1 — нагревательный элемент; 2 — кнопка возврата; 3 — контакты теплового реле; 4 — биметаллическая пластина; 5 — шкала регулировочного рычага; 6 — рычаг-регулятор

Под действием тепла биметаллическая пластинка деформируется и освобождает защелку спускового механизма, что приводит к размыканию контактов реле и разрыву цепи катушки пускателя Взвод спускового механизма после срабатывания реле и возврат его контактов в замкнутое положение осуществляется после остывания биметаллической пластины нажатием на кнопку 5 возврата реле головка которой выходит из отверстия в крышке ящика пускателя. Нагревательные элементы реле выпускаются на различные номинальные токи и выбираются в соответствии с номинальными токами двигателей. Реле ТРН двухполюсное, ТРП — однополюсное, РТТ, РТЛ — трехполюсные, их встраивают в магнитные пускатели ПМА, ПМЛ.. Реле ТРП комплектуются магнитными пускателями ПАЕ четвертого и выше габарита. Реле ТРН встраивают в магнитные пускатели ПМЕ, П6 и ПАЕ третьего габарита (рисунки 5, 6).

Рисунок 6 – Тепловое реле ТРН:
1 — нагревательный элемент; 2 — кнопка возврата; 3 — контакты теплового реле; 4 — биметаллическая пластина; 5 — шкала регулировочного рычага; 6 — рычаг-регулятор

Контакторы переменного и постоянного тока предназначены для дистанционного и автоматического управления электродвигателями.
Контактор серии П6 применяется для частого включения электродвигателей малой мощности (рисунок 7). Он состоит из пластмассового корпуса, две половины которого соединены четырьмя винтами.
Электромагнитная система включает неподвижную часть сердечника 7 и обмотку 6, подвижную часть сердечника 5, соединенную с пластмассовой траверсой 4, на которой смонтированы контактные мостики 2 с подвижными контактами. Усилие нажатия контактов обеспечивается пружинами 1, Неподвижные контакты припаяны к контактным пластинам 3. Имеются блокировочные контакты 8. Для управления контактором используется двухкнопочная станция с кнопками «Пуск» и «Стоп».

Рисунок 7 – Контактор П6:
1 — пружина; 2 — контактные мостики; 3 — контактные пластины; 4 — тра-верса; 5 — подвижная часть сердечника; 6 — обмотка; 7 — сердечник; 8 — блокировочные контакты

Предохранители служат для защиты электрических цепей и электроустановок от недопустимых токов нагрузки или токов короткого замыкания.
В электроустановках и электрических сетях напряжением до 1000 В в качестве защитных аппаратов широко применяют предохранители ПР (с закрытым разборным патроном без заполнения) и ПН (с закрытым разборным патроном, заполненным кварцевым песком).
При соответствии номинального тока плавкой вставки току защищаемой электрической цепи теплота, выделяемая нагревающейся плавкой вставкой, отдается различным деталям предохранителя, а через них в окружающую среду. С увеличением тока нагрузки возрастает температура нагрева плавкой вставки и других деталей предохранителя.
Показателями, характеризующими предохранители, являются также зависимость времени перегорания плавкой вставки от проходящего через нее тока, а также предельный ток отключения, в качестве которого принят наибольший ток, отключаемый предохранителем без повреждений, препятствующих его нормальной работе.
При прохождении через плавкую вставку предохранителя тока, превы-шающего ее номинальный ток, вставка перегорает и разрывает электрическую цепь, отключая таким образом защищаемый участок от остальной части электроустановки. Предохранители с плавкой вставкой являются конструктивно простыми, но в то же время достаточно надежными и экономичными аппаратами защиты электрических сетей и электроустановок напряжением до 1000 В.
Предохранитель ПР (рисунок 8, а) состоит из контактных стоек 1 и закрытого разборного патрона 3 без наполнителя, внутри которого размещены одна или две (в зависимости от номинального тока предохранителя или рабочего тока в защищаемой цепи) плавкие вставки.
Во избежание выпадения предохранителя при электродинамических усилиях, возникающих в контактах в момент коротких замыканий в электрической цепи, защищаемой предохранителем, в контактах обеспечиваются необходимые нажатия. Они создаются за счет пружинящих свойств материала скобы контактных стоек (в предохранителях на 15— 60 А), стальной кольцевой или пластинчатой пружины (в предохранителях на 100—350 А) и специального зажима с рукояткой 2, установленного на контактной стойке.
Патроны (рисунок 8, б) предохранителя ПР представляют собой фибровую трубку 4 с толщиной стенок 3—6 мм, внутри которой расположена плавкая вставка 5, а на концах навернуты латунные втулки 6 с прорезями для прохода плавкой вставки. На втулки надеты латунные колпачки 7, служащие контактными частями у предохранителей на номинальные токи до 60 А. У предохранителей на 100—1000 А контактными частями являются медные ножи 9. Во избежание смещения ножей в предохранителе имеется фиксирующая шайба 8 с пазом для ножа.
Плавкие вставки (рисунок 8, в) представляют собой пластинки с одним или несколькими участками сужения. При перегрузках плавкая вставка (рисунок 9, а) перегорает обычно на одном участке сужения (рисунок 9, б), а при коротких замыканиях — на нескольких участках одновременно (рисунок 9, в).
Плавкие вставки изготовляют из листового цинка марки Ц0 или Ц1 пу-тем штамповки. При плавлении вставки предохранителя пары цинка ускоряют процесс рекомбинации ионов, благодаря чему улучшаются условия деионизации дугового пространства, способствующей быстрому гашению электрической дуги в патроне. Отсутствие в патроне заполнителя ухудшает условия гашения электрической дуги, возникающей при разрыве электрической цепи перегорающей плавкой вставкой. Более совершенными по своей конструкции и характеристикам являются предохранители ПН с разборным патроном, заполненным кварцевым песком.

Рисунок 8 – Разборные предохранители ПР на номинальные токи 15-1000 А с незаполняемыми патронами:
а — общий вид, б — патроны предохранителей на номинальные токи 15-60А и 100— 1000А, в — конструкции плавких вставок; 1,9 — контактные стойка и нож, 2 — рукоятка зажима, 3 — разборный патрон, 4 — фибровая трубка, 5 — плавкая вставка, 6,7 — латунные втулка и колпачок, 8 — фиксирующая шайба

Рисунок 9 – Плавкие вставки

Рисунок 10 – Разборный предохранитель ПН с патроном, заполняемым кварцевым песком:
1 — фарфоровый патрон, 2 — плавкая вставка, 3 — шайба, 4 — контактный нож, 5 — выступы для съема патрона из контактов и установки его в контак-тах, 6 — крышка патрона

Предохранитель ПН (рисунок 10) состоит из квадратного снаружи и круглого внутри фарфорового патрона 1, в котором помещена плавкая вставка 2, приваренная к шайбам 3 врубных контактных ножей 4. Контактные ножи, выступающие из патрона, фиксируются прорезями в крышках 6, прикрепленных винтами к торцам патрона. Патрон заполнен сухим кварцевым песком. Для предохранения песка от увлажнения патрон герметизирован прокладкой из листового асбеста толщиной 0,8 — 1 мм, установленной между крышкой и патроном предохранителя.
Плавкая вставка предохранителя ПН представляет собой одну или не-сколько медных ленточек толщиной 0,15 — 0,35 мм и шириной до 4 мм с просечками длиной 6 — 12 мм. При использовании плавкой вставки, состоящей из тонких параллельных ленточек, снижается ее сечение при данном номинальном токе, а следовательно, и количество паров металла в патроне при перегорании плавкой вставки. Это облегчает гашение электрической дуги в патроне, так как при перегорании ленточек плавкой вставки возникает одновременно несколько параллельных дуг, что способствует более интенсивному рассеянию энергии дуги.
Для обеспечивания быстрого плавления вставки предохранителя и повышения его защитного действия при малых перегрузках на ленточки плавкой вставки напаяны оловянные шарики диаметром 0,5 — 2 мм (в зависимости от номинальных токов плавких вставок). Наличие этих шариков позволяет использовать «металлургический эффект», сущность которого состоит в том, что при нагреве вставки оловянный шарик, обладающий более низкой температурой плавления, расплавляется раньше, чем вставка, и, проникая в металл вставки, образует сплав металла с характеристиками, отличающимися от исходного материала большим электрическим сопротивлением и более низкой температурой плавления. При токах перегрузки плавкая вставка, нагреваясь, перегорает в том месте, где напаян шарик из олова, при этом температура нагрева всей вставки будет несколько ниже температуры плавления металла, из которого она выполнена.
Предохранители ПР и ПН обладают токоограничивающей способно-стью, поскольку плавкая вставка в них перегорает раньше, чем ток короткого замыкания успевает достигнуть установившегося значения. Предохранители требуют постоянного наблюдения и своевременного ремонта. От их исправности зависит нормальная и безопасная работа защищаемых электроустановок.