Е-21 Апарати автоматичного керування і захисту

                  Апарати автоматичного керування та захисту

1.Апарати автоматичного керування

2.Апарати автоматичного захисту

 1. Автоматизоване управління приводами призначене для автоматичного виконання певного робочого циклу відповідно до вимог виробничого процесу.

Автоматизація керування електроприводами майже усуває можливість помилок при пуску і гальмуванні, призводить до збільшення продуктивності машини і полегшує роботу обслуговуючого персоналу.

Автоматизоване управління здійснюється за допомогою контакторів, реле різних типів і інших апаратів.

Апаратура автоматики може бути підрозділена на чотири основні групи:

1) апаратура для зміни ланцюгів головного струму, т. Е. Ланцюгів електродвигуна. До цієї групи належать пускові апарати: магнітні пускачі, контактори та масляні вимикачі з електричним приводом (останні для ланцюгів понад 1000 в);

2) апаратура управління, яка сприйняла зміни тих чи інших електричних та інших параметрів (струму, напруги, частоти, тиску і т. Д.) І впливає на апарати першої групи; апаратуру цієї групи називають реле управління;

3) апаратура, за допомогою якої обслуговуючий персонал може впливати на роботу автоматичного управління, наприклад початок, режим і кінець роботи. Апарати, на які впливає людина, називаються Апарати командні. Подібні ж апарати, але впливають на автоматичне керування через який-небудь орган машини, називаються дорожніми вимикачами або перемикачами;

4) апаратура захисту двигунів, що захищає двигун або весь електропривод від аварійних режимів роботи; цю апаратуру називають реле захисту.

Розглянемо два основних апарату для зміни ланцюгів головного струму: контактори і магнітні пускачі.

Контактором називається електромагнітний апарат, службовець для повторних замикань і розмикань силових електричних ланцюгів, з кнопковим або автоматичним управлінням. Крім основного призначення (замикати і розмикати ланцюг) контактор захищає електродвигун від самовільних повторних включень при появі напруги в мережі після його зняття або зниження. Промисловість випускає одно- і двополюсні контактори для ланцюгів постійного струму, а також дво- і триполюсні для ланцюгів змінного струму. Одні і ті ж типи контакторів в схемах автоматизованого керування двигунами можуть виконувати різноманітні перемикання. Контактори, що включають двигуни в мережу, називаються лінійними; змінюють напрямок обертання двигуна - реверсують; шунтуючі пускові опору в ланцюзі двигуна - пусковими або контакторами прискорення і т. д.

                                                    

                                          Рис. 1. Контактор змінного трифазного струму

Контактори змінного струму загальнопромислового призначення випускаються п'яти габаритів і розраховані на струми головного ланцюга від 75 до 600 а. Час включення і відключення контакторів становить 004-01 сек. Контактори допускають до 120 включень в годину. Це відносно невелике число включень у контакторів змінного струму залежить від того, що струм включення в котушках контакторів в 10-15 разів перевищує величину струму при утягненому якорі.

Контактори з дугогасительного пристрою можуть комутувати пікові струми, які перевищують на пускових режимах чотириразового, а в аварійних -семікратного значення номінального струму.

Магнітні пускачі в захищеному виконанні представляють собою сталевий ящик, в який вбудований трьох-полюсний контактор змінного струму з замикаючими контактами і захисні реле в двох фазах. Крім головних контактів у контактора магнітного пускача передбачаються один або кілька блок-контактів. У комплекті з магнітним пускачем встановлюються кнопки «Пуск» і «Стоп», за допомогою яких здійснюється управління пускачем. Кнопки встановлюються в безпосередній близькості до пускачі або на якійсь відстані від нього (для зручності обслуговуючого персоналу). Магнітні пускачі служать для місцевого і дистанційного включення і виключення двигунів (натисканням кнопок) і для захисту двигунів від перевантаження і від самовільного включення після зникнення напруги в мережі живлення. Виготовляються вони для управління двигунами потужністю від 25 до 75 кет при напрузі до 500 в.

Розрізняють нереверсивні і реверсивні магнітні пускачі. Останні змінюють напрямок обертання двигуна.

Для захисту від коротких замикань перед магнітним пускачем встановлюють плавкі запобіжники або автоматичні вимикачі. При цьому номінальний струм плавкої вставки запобіжника не повинен перевищувати чотирикратного струму нагрівального елементу теплового реле, в іншому випадку при коротких замиканнях можливо згоряння цього елемента.

Реверсивні магнітні пускачі мають два контактора- один для прямого, інший для зворотного ходу. Для управління такими пускателями застосовуються кнопкові станції з трьома кнопками: «Вперед», «Назад» і «Стоп».

У реверсивних пускателях обов'язково передбачається електрична блокування, що не допускає одночасного включення обох контакторів.

В даний час промисловість випускає магнітні пускачі різних типів. Найбільше застосування мають пускачі типу П. Тип пускача позначається буквою П - пускач і трьома цифрами, з яких перша вказує величину, друга - пристрій пускача по роду захисту від навколишнього середовища і третя - виконання (реверсивний, нереверсивний, з тепловими реле або без них) . Відкрите виконання позначається цифрою, захищене - цифрою. Нереверсивні пускачі позначаються цифрою 1 без теплових реле і цифрою 2 з тепловими реле; реверсивні - цифрою без теплових реле і цифрою з тепловими реле. Наприклад, магнітний пускач типу П-323 розшифровується таким чином: пускач третьої величини, в захищеному виконанні, реверсивний без теплових реле.

При необхідності вибору нагрівального елементу до теплового реле пускача користуються довідниками або каталогами.

2. Для захисту внутрішніх мереж житлових і громадських будинків 380/220 В застосовують плавкі запобіжники й автоматичні вимикачі.

Силові електроприймачі, крім того, часто захищають від перевантажень за допомогою теплових реле, вбудованих у магнітні пускачі. Магнітні пускачі здійснюють при цьому і захист від самозапуску при короткочасному зникненні напруги. Самозапуск припустимий лише в системах димозахисту й у колах по­жежних насосів, що варто враховувати при розрахунку мережі і виборі апаратів захисту.

Однак головні контакти магнітних пускачів не розраховані на вимикання струмів КЗ. Крім того, теплові реле більшості існуючих конструкцій магнітних пускачів самі мають потребу в захисті від КЗ, тому що при проходженні стру­мів КЗ нагрівальний елемент може перегоріти швидше, ніж реле встигне вимк­нути електродвигун. Тому при застосуванні магнітньїх пускачів з тепловими реле для захисту від перевантажень необхідно додатково встановлювати в цих колах запобіжники або автоматичні вимикачі для захисту від КЗ.

Дозволяється вважати ці реле термічно стійкими без перевірки розрахун­ком, якщо відгалуження до електроприймача захищено плавкою вставкою з но­мінальним струмом, що не перевищує найбільшого тривалого припустимого струму теплового реле більше ніж у 4 рази, або автоматичним вимикачем, но­мінальний струм теплового роз'єднувача якого перевищує довгостроково доипустимий струм теплового реле більш ніж у 2 рази.

Для прикладу розглянемо деякі апарати захисту.

Запобіжники. У силових і освітлюваль­них мережах напругою до 500 В часто вста­новлюються запобіжники серії ПН-2 (рис. 8.1), які складається із замінного плав­кого елемента, контактів і опорних ізолято­рів, що з'єднуються механічно та електрич­но. Патрон нерозбірний, містить порцеляно­вий корпус з металевими ковпачками на то­рцях. Усередині патрона розміщено струмо-провідний плавкий елемент, з'єднаний елек­трично з ковпачком, і дрібнозернистий на­повнювач (кварцовий пісок), що забезпечує інтенсивне гасіння електричної дуги при ви-Рис. 8.1 - Запобіжник серії ПН-2      мкненні струму.

Патрони з пристроєм сигналізації спрацьовування мають на одному торці утоплений підпружинений бойок (індикатор), закритий тонкою металевою мембраною. При спрацьовуванні бойок запобіжника пробиває мембрану і вису­вається з патрона.

Гасіння дуги відбуваються настільки швидко, що при КЗ струм не встигає досягти свого амплітудного значення. Тому подібні запобіжники є струмооб-межуючими. Так, наприклад, запобіжники серії ПН-2 з патронами на 100 і 250 А пропускають струм не більш 5 кА при встановленні в мережах зі значно біль­шими струмами КЗ.

Для захисту від перевантажень та коротких замикань силових та допомі­жних мереж електроустановок застосовуються також розбірні запобіжники зі змінним елементом (плавкою вставкою) серії ПР-2. У старих конструкціях за­побіжників цієї серії дугогасіння відбувається за рахунок інтенсивного виді­лення газів з поверхні фібри при перегорянні вставки. Нові конструкції запобі­жників ПР-2, корпуси і кришки яких виготовляються з негорючих полімерів, мають збільшений ресурс роботи і вищу електроізоляційну міцність [2.5].

Основними елементами запобіжників ПР-2 є плавка вставка (рис.8.2,б) й дугогасящий пристрій (корпус запобіжника), що гасить дугу, яка виникає після плавлення вставки.

Процес гасіння дуги в запобіжнику ПР-2 відбувається наступним чином. При відключенні згоряють звужені перешийки плавкої вставки, після чого ви­никає дуга. Під дією високої температури в герметичному патроні відбувається збільшення тиску, у зв'язку з чим піднімається вольт - амперна характеристика дуги, що сприяє її швидкому гасінню.

Плавка вставка запобіжника ПР-2 (ЗР-2) має від одного до чотирьох зву­жень залежно від номінальної напруги. Звужені участки сприяють швидкому її топленню при короткому замиканні та створюють процес токообмеження.

Захисні характеристики запобіжників. Час розплавлювання плавкої вставки запобіжника залежить від струму. Чим більше струм, тим швидше роз­плавляється плавка вставка. Залежність повного часу відключення (тривалість розплавлювання плавкої вставки і горіння дуги) від струму, що відключається, називається часово-струмовою або захисною характеристикою. Оскільки з під­вищенням кратності струму час перегоряння плавкої вставки зменшується, ха­рактеристика називається зворотно-залежною.

На рис. 8.3 приведені усереднені часово-струмові характеристики запобі­жників ПН-2. Відзначимо, що залежно від виробничих допусків, матеріалу вставки, його старіння, стану контактних з'єднань, впливу навколишнього сере­довища час спрацювання при тому самому струмові може коливатися в значних межах (до ±50 %). Це недолік плавких запобіжників який утруднює селективну роботу захисту.

Рекомендується для забезпечення селективної роботи запобіжників, щоб кожна наступна в сторону джерела живлення плавка вставка була на дві сходи­нки більше попередньої, якщо це не призводить до збільшення перерізу прово­дів. Різниця в одну ступінь є обов'язковою у всіх випадках. Для особливо відпо­відальних будинків при виборі плавких уставок запобіжників треба враховува­ти розкид захисних характеристик.

Автоматичні вимикачі це більш досконалі апарати захисту, які порівня­но з запобіжниками мають низку переваг:

при перевантаженні або КЗ автоматичний вимикач відключає всі три фази кола, яке захищається, що особливо важливо при захисті відгалуження до електродвигуна (запобігається можливість роботи на двох фазах);

автоматичний вимикач після спрацювання швидко готовий до роботи, у той час як у запобіжнику потрібна заміна каліброваної вставки або навіть патрона;

автоматичні вимикачі мають більш точні захисні характеристики;

автоматичні вимикачі крім функцій захисту можуть бути використані для нечастих комутацій електричних кіл;

деякі типи автоматичних вимикачів мають убудовані допоміжні контак­ти, які використовують в колах блокування і сигналізації, а також незалежні розчеплювачі, які дозволяють здійснювати дистанційне вимикання. Випуска­ються також автоматичні вимикачі з електроприводом, що дозволяє мати дис­танційне включення апарата.

Промисловість випускає також автоматичні вимикачі укомплектовані те­пловими, електромагнітними або комбінованими розчеплювачами (останні ста­новлять собою сполучення теплового й електромагнітного роз'єднувача). Час спрацьовування теплових розчеплювачів автоматичних вимикачів, так само як і запобіжників, зменшується із збільшенням струму, тобто вони мають зворотно-залежну від струму характеристику. Електромагнітні розчеплювачі спрацьову­ють практично миттєво при струмі, на який вони налаштовані.

Розчеплювачі характеризуються номінальним струмом, тобто струмом, який вони витримують необмежено довго. Найменший струм, що викликає від­

ключення автоматичного вимикача, називається струмом зрушення або стру­мом спрацьовування. Під уставкою розчеплювача розуміється налаштування його на обране значення струму зрушення. Уставка струму електромагнітного розчеплювача на миттєве спрацьовування називається відсіченням. Важливо підкреслити, що номінальний струм автоматичного вимикача характеризує про­пускну здатність його контактних частин і відповідає номінальному струмові його найбільшого теплового розчеплювача.

Автоматичні вимикачі поділяють на нерегульовані і регульовані. До пер­ших відносять автоматичні вимикачі, уставки розчеплювачів яких відрегульо­вані на заводі-виготовлювачі і ніяких пристроїв для регулювання в процесі мо­нтажу й експлуатації не мають. Інша група має спеціальні пристрої, що дозво­ляють змінювати струм уставки шляхом впливу на механічну систему автома­тичного вимикача.

Деякі типи автоматичних вимикачів на великі струми (1000 А и більше) мають годинникові механізми, за допомогою яких можливо забезпечити селек­тивну роботу захисту.

Вимикачі можуть мати електромагнітний і тепловий розчеплювачі або тільки електромагнітний. Можливо регулювання номінальних струмів розчеп-лювачів у межах 0,9-1,15 значень номінального струму. Розчеплювачі з номіна­льним струмом, рівним номінальному струму автоматичного вимикача, регу­люються тільки в сторону зменшення.

Розглянемо для прикладу характеристики деяких типів автоматичних ви­микачів (див. також додаток 4).

Рис. 8.4 - Захисні характеристики вимикачів серії АЕ20 з комбінованими

розчеплювачами при температурі 20оС: а - з температурною компенсацією; б - без температурної компенсації

Автоматичні вимикачі серії АЕ. На рис. 8.4 показані захисні характери­стики автоматичних вимикачів серії АЕ20 за наявності пристроїв температурної компенсації (рис. 8.4,а) і без температурної компенсації (рис. 8.4,б). Уставка електомагнітних розчеплювачів по струму спрацьовування в зоні КЗ (струм від­січення) для усіх вимикачів серії АЕ20 дорівнює 12Тр. Електромагнітні розчеп­лювачі не спрацьовують при струмі, рівному 0,8 струму уставки, і спрацьови-вають протягом 0,04 с при струмі 1,2 струму уставки і більш.

Автоматичні вимикачі серії ВА200Х [2.6] призначені для захисту низь­ковольтних електричних мереж від перевантажень та струмів короткого зами­кання, а також для оперативних відключень електричних кіл (випускаються ти­пів ВА-2000, ВА-2001, ВА-2002, ВА-2003, ВА-2004, ВА-2006, ВА-2010-S).

Серія автоматичних вимикачів ВА-2000 (рис. 8.5,а) виготовляється з ча-сово-струмовою характеристикою відімкнення типу В (допускаються коротко­часні перевантаження у 3...5-кратному розмірі від номінального струму). При­значені для захисту переважно активних споживачів, та кіл в побутових та ад­міністративних спорудах. Ряд номінальних струмів цих вимикачів - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63А.

а б

Рис. 8.5 - Автоматичні вимикачі:

а - ВА-2000; б - ВА-2001; в - ВА2004

Серія вимикачів ВА-2001 (рис. 8.5,б) виготовляється з часово-струмовою характеристикою типу С (допускаються короткочасні перевантаження у 5...10-кратному розмірі від номінального струму). Призначені для використання в умовах де присутні електричні двигуни з нормальними умовами пуску, та ін­ші навантаження з допустимими короткочасними перевантаженнями. Ряд номі­нальних струмів цих вимикачів - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 А.

Дво-, три- і чотириполюсні автоматичні вимикачі серії ВА-2004 (рис. 8.5,в) призначені для захисту електричних кіл від перевантажень і струмів короткого замикання, а також для оперативних комутацій електричних кіл на струми

від 3 до 800 А.

Триполюсні низьковольтні автомати­чні вимикачі серії ВА-2005 (рис. 8.6), призначені для захисту електричних дви­гунів від перенавантажень і струмів ко­роткого замикання, а також для операти­вних їх комутацій.

Включення здійснюється вручну, шляхом натискання кнопки "Пуск"-'Т".

Відключення здійснюється вручну, шляхом натискання кнопки "Стоп"-"0", або автоматично при спрацюванні тер­момагнітного захисту або розчеплювачів напруги.

Ручне керування можливе при застосуванні автоматичного вимикача в якості електромагнітного пускача.

Автоматичне та дистанційне керування можливе тільки при використанні автоматичного вимикача разом з контактором.

Домашнє завдання: опрацювати матеріал, коротко законспектувати , переглянути відеофрагмент