Общие сведения об электрических аппаратах

Общие сведения об электрических аппаратах 

Применяемая для  управления аппаратура, то есть отключение, включение и переключение электроустановками, имеет название коммутационная аппаратура. К такой аппаратуре относятся  магнитные пускатели, переключатели, выключатели, рубильники, автоматические выключатели, контакторы. 

Использующую коммутационную аппаратуру при токовых перегрузках  для отключения электроустановок, а  также применяемую и при коротких замыканиях, называют защитной аппаратурой. К такой аппаратуре относятся  реле защитного типа и, конечно же, различного вида предохранители. Некоторые  из аппаратов являются одновременно и защитными, и коммутационными  аппаратами, например, магнитные пускатели  и автоматические выключатели. 

Коммутационные  аппараты различают автоматические и не автоматические. Аппаратура ручного управления относится к не автоматическим коммутационным аппаратам, пакетные выключатели, рычажные, реостаты, пульты, переключатели, кнопочные, поворотные, рубильники. Пример этому пусковой реостат устанавливается для кратковременного прохождения по ним тока, а регулировочный реостат устанавливается для длительного прохождения по ним тока, их применяют для пуска и регулирования частоты вращения электродвигателей. 

Контролеры допускают  запускать электродвигатели в более  широких пределах, по сравнению с  реостатами и регулировать частоту  их вращения. Контакторы реле и магнитные  пускатели относятся к автоматическим коммутационным аппаратам. Действие и  устройство различных электрических  аппаратов полностью зависит  от работы их назначения. Всё же можно  определить ряд общих частей для  разных электрических аппаратов. К  ним относятся электрические  контакты, катушки, магнитопроводы, пружины, кое-какие детали из электроизоляционных материалов. 

При размыкании контактов  возникает электрическая дуга, для  её гашения имеются устройства во многих электрических аппаратах. Такие  устройства нередко выполняются  в виде шайб или камеры, сделанных  из фибры. Под действием электрической  дуги, фибра обладает свойством выделять газы, повергающие к ее быстрому гашению.

Следующие общие  требования предъявляют к аппаратуре управления электроустановками: 

• безотказность обслуживания;
• надежность действия;
• простота изготовления, эксплуатации и монтажа;
• достаточный срок службы;
• малое потребление электрической энергии самими аппаратами;
• небольшие габариты;
• низкая стоимость.

        Неавтоматические выключатели

Любая электрическая сеть комплектуется аппаратами управления и аппаратами защиты, которые обеспечивают включения, переключения и выключения электрических цепей в нормальных и аварийных режимах. 
Аппараты управления (рубильники, выключатели, контакторы, магнитные пускатели и т. п.) устанавливают в цепи каждого токоприемника, а также в узловых пунктах сети, где повседневно потребители включаются под нагрузку. Исключением являются токоприемники малой мощности (с аппаратом защиты до 15 А) и переносные мощностью до 0,5 кВт, включаемые в сеть с помощью штепсельных розеток. 
Аппараты защиты (плавкие предохранители, автоматические выключатели и т. п.) устанавливают в местах присоединения токоприемников, а также на вводах в здания и в местах, где снижаются сечения проводников (в направлении от источника питания к потребителям). Групповую осветительную или силовую сеть защищают предохранителями на групповых щитках, которые располагают в центре нагрузок и размещают в местах, доступных для обслуживания.

Неавтоматические  выключатели.

Неавтоматические выключатели  — это коммутационные аппараты, как правило, с ручным приводом, предназначенные  для сравнительно редких включений  и отключений электрических цепей, а также для переключения участка  цепи с одного источника питания  на другой. Некоторые виды выключателей используются также для редких пусков и остановов электродвигателей. К неавтоматическим выключателям относятся  рубильники и переключатели, пакетные выключатели.

Рубильники и  переключатели.

Рубильники применяют  в цепях переменного и постоянного  тока 
в качестве входного аппарата, позволяющего отключить электроустановку или отдельные ее участки от сети питания. Рубильники подразделяют по следующим признакам: 
по числу полюсов — одно-, двух- и трехполюсные; 
по расположению зажимов для присоединения проводов или шин — с задним или передним присоединением; 
по роду привода — с центральной или боковой рукояткой, с центральным или боковым рычажным приводом; 
по наличию разрывных контактов — с разрывными искрогасительными контактами и без них. 
Рубильники без разрывных контактов имеют контактную систему, состоящую из неподвижно укрепленных пружинящих губок и плоских рубящих ножей. Последние жестко соединены изолирующей траверсой, на которой укреплена рукоятка привода. Такие рубильники применяют только в тех установках переменного тока напряжением до 220 В, в которых при отключении не возникает электрической дуги. В установках постоянного тока напряжением 220 В и переменного тока напряжением 380 В и выше их используют только для включения и отключения обесточенных цепей. При отключении токов нагрузки при указанных напряжениях рубильники снабжают съемными дугогасительными камерами в виде решеток со стальными пластинками. 

У рубильников, имеющих разрывные  искрогасительные контакты, в момент отключения сначала разрывается цепь на главных контактах, а затем разрываются искрогасительные контакты. 
В настоящее время выпускаются рубильники единой серии (табл. 1) на токи 100—600 А. В обозначениях рубильников принято: РБ — рубильник с боковой рукояткой, РПБ — рубильник с боковым рычажным приводом, РПЦ — рубильник с центральным рычажным приводом. На рис. 28, а показан рубильник РБ, а на рис. 28, б — рубильник РПЦ. 
Кроме рубильников единой серии выпускаются рубильники серии РО с центральной рукояткой на ток 100—400 А и серии РП с центральным рычажным приводом на ток 600 и 1000 А. В обозначениях рубильников серий РО и РП первая цифра указывает габарит, вторая — номинальный ток (например, РП-5-600).

Пакетные выключатели  и переключатели.

Пакетные выключатели  и переключатели применяются  для редких включений и переключений электрических цепей под нагрузкой, а также для ручного включения, выключения и реверсирования короткозамкнутых  асинхронных двигателей. • Пакетные выключатели, как правило, имеют клиновые контакты и контактные шайбы с пружинящими контактными губками. Контактные узлы находятся внутри невысоких изоляционных цилиндров, называемых пакетами и устанавливаемых один над другим; в каждом пакете располагается контактный узел одной коммутируемой цепи. Неподвижные контакты 7 пакетного выключателя (рис. 29), к которым присоединяются подводящие провода, устанавливаются в пазах наружного кольца пакета 2. В центре пакета проходит четырехгранный изолированный валик 9, на который насаживаются подвижные 
контакты 10. При установке валика в определенное положение неподвижные контакты перемыкаются подвижным контактом. В крышке 4 пакетного выключателя установлены ось 6 с рукояткой 5 и механизмом, который служит для поворота контактного валика 9. Механизм состоит из заводной спиральной пружины с двумя поводками; один из поводков жестко связан с осью, а другой — с контактным валиком через фасонную шайбу, фиксирующую положение валика по отношению к упорам, выполненным в виде выступов на крышке. 

Рис. 29. Пакетный выключатель: а— общий вид: б — пакет (секция) 
При повороте рукоятки 5 сначала натягивается заводная пружина, а затем освобождается фиксирующая шайба. Под действием пружины контактный валик с большой скоростью, не зависящей от скорости поворота рукоятки, поворачивается на заданный угол, определяющий переход одного контактного узла из включенного положения в отключенное и наоборот. 
Возникающая при операциях пакетным выключателем электрическая дуга гасится углекислым газом, который выделяется из искрогасительной фибровой шайбы 8. Все элементы пакетного выключателя собираются на скобе 1 стяжными шпильками и закрепляются крышкой 4 с помощью гаек 3. Скоба имеет монтажные пазы для установки и монтажа пакетного выключателя. 
Собирая пакеты с подвижными контактными шайбами разной конфигурации и располагая по-разному неподвижные контакты, можно получить различные схемы 
выключателя. Наибольшее распространение имеют одно-, двух- и трехполюсные пакетные выключатели и трехполюсные переключатели на два направления. 
В табл. 2 приведены данные о некоторых распространенных пакетных выключателях и переключателях. Кроме указанных в таблице, выпускаются также кулачковые пакетные выключатели с мостиковыми контактами серий ПКВ и ПКП. В отличие от выключателей серий ПВ и ПП контакты здесь мостиковые и управляются фигурными кулачками без моментного переключения.

         Автоматические выключатели

Автоматический выключатель — коммутационный аппарат, предназначенный для автоматического отключения цепей при возникновении в них недопустимых перегрузок и токов короткого замыкания, для нечастых отключений и включений цепей в нормальных режимах, для пуска и отключения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором и защиты их от недопустимой перегрузки. 
Наиболее распространены автоматические выключатели максимального тока (применяются также автоматические выключатели минимального напряжения), принцип действия которых состоит в следующем. Когда ток в обмотке 3, включенной в цепь последовательно (рис. 33), превысит заданное значение, сердечник 4 втягивается и освобождает защелку 5. Под действием пружины 2 контакты 1 цепи размыкаются.

Рис. 33. Принципиальная схема  действия автоматического выключателя

Наибольшее применение получили выключатели серий АП50, АК5, А3700, АВ, АВМ, АБ25 и др. Автоматическое срабатывание выключателя обеспечивает расцепитель. Автоматические выключатели изготовляются нескольких типов — с электромагнитным, тепловым и комбинированным расцепителями. Как правило, автоматические выключатели имеют ручное включение. Однако выключатели серий АВ, АВМ и некоторые автоматические выключатели иностранного производства имеют также электромагнитный или электродвигательный привод. 
Автоматические выключатели характеризуются следующими основными параметрами: 
номинальным напряжением Uном.ав, соответствующим наибольшему номинальному напряжению сетей, в которых разрешается применять выключатель; 
номинальным током Iном,ав — наибольшим током, на который рассчитаны токоведущие и контактные части выключателя, равным наибольшему из номинальных токов расцепителя; 
номинальным током расцепителя Iном.элм, /ном,теп или Iном.комб — наибольшим током, на который рассчитан расцепитель, при длительной работе не вызывающим срабатывания расцепителя; 
номинальным током уставки теплового расцепителя Iном,уст,теп — током, на который отрегулирован тепловой расцепитель и при котором последний не срабатывает. Он выбирается: 
Iном,уст,теп= (0,6ч-1) Iном.теп — ДЛЯ выключателей с регулировкой тока уставки; 
Iном,уст,теп == Iном.теп— для выключателей без регулировки тока уставки; 
током срабатывания (уставки) расцепителя (/сР,элм, /ср.теп) — наименьшим током, при котором срабатывает расцепитель автоматического выключателя. 
/ ср ,элм — (7-5-15) / ном.элм для выключателей с электромагнитным или комбинированным расцепителем; 
/ср.теп = (1,25-5-1,45) / ном.теп — для выключателей с тепловым расцепителем без регулировки тока уставки; /ср,теп = (1,25-5-1,35) Iном.теп —для выключателей с тепловым расцепителем с регулировкой тока уставки; 
предельным током отключения при данном напряжении / пр.ав — наибольшим значением тока КЗ сети, при котором гарантируется надежная работа автоматического выключателя. 
Номинальные параметры выключателя приводятся в каталогах, а некоторые указываются на заводских табличках (щитках) автоматического выключателя.

Выключатели серии АП50 выпускаются  в двухполюсном (АП50-2, АП50-2Т, АП50-2М, АП50-2МТ) и трехполюсном (АП50-3, АП50-ЗТ, АП50-ЗМ, АП50-ЗМТ) исполнениях. Цифра в обозначении выключателя после дефиса соответствует числу полюсов. Выключатели с тепловыми расцепителями работают с выдержкой времени, находящейся в обратной зависимости от силы тока, и имеют в обозначении букву Т, выключатели с электромагнитным расцепителем мгновенного действия — букву М, с комбинированным расцепителем — МТ; неавтоматические выключатели без расцепителя буквенного обозначения после дефиса не имеют

. Выключатели серии АП50 изготовляются в пластмассовом и в дополнительном силуминовом корпусах как без вспомогательных, так и со вспомогательными контактами в следующих сочетаниях: два замыкающих или два размыкающих, два замыкающих и два размыкающих. Выключатели АП50 в пластмассовом корпусе имеют защищенное исполнение, в силуминовом — пылеводозащищенное. 
В автоматическом выключателе имеется механизм свободного расцепления, осуществляющий мгновенное размыкание контактов с постоянной скоростью, не зависящей от скорости движения кнопки отключения. Наличие этого механизма обеспечивает автоматическое отключение цепи при перегрузках и коротких замыканиях независимо от положения кнопок управления. Коммутационное положение контактов определяется по положению кнопки включения: кнопка утоплена — контакты замкнуты, кнопка выступает из крышки — контакты разомкнуты.

                          Предохранители

Предохранители - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки. Преимущественно предохранители используются для защиты от токов короткого замыкания, а для защиты от токов перегрузки в большинстве случаев предпочтение отдается тепловым реле и автоматическим выключателям. 
Основной элемент предохранителя - плавкая вставка постоянного или переменного сечения, которая при токах срабатывания сгорает (плавится с последующим возникновением и гашением электрической дуги), отключая электрическую цепь. 
По конструктивному исполнению предохранители условно можно разделить на открытые (вставка не защищена патроном или размещена в трубке, открытой с торцов), закрытые (вставка расположена в закрытом патроне) и засыпные (вставка находится в патроне, полностью заполненном мелкозернистым наполнителем, например, кварцевым песком). 
Наиболее распространенные материалы плавких вставок - медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Медь подвержена сравнительно интенсивному окислению, что может привести к увеличению сопротивления медной вставки и, следовательно, к изменению защитной характеристики предохранителя. Поэтому медные вставки подвергаются лужению (покрываются слоем олова). 
В засыпных предохранителях наиболее распространенным наполнителем является кварцевый песок с содержанием оксида кремния SiО2 не менее 99%. Наиболее лучшим наполнителем по своим дугогасящим свойствам является мел (СаСО3), который после перегорания вставки в отличие от песка не образует остаточных токопроводящих путей и пригоден для многократного использования. Но мел значительно дороже песка и это ограничивает его широкое применение. Для лучшего использования наполнителя как теплоотводящей и дугогасящей среды в засыпном предохранителе обычно размещены несколько параллельно соединенных вставок, суммарное сечение которых эквивалентно сечению одной вставки предохранителя на тот же рабочий ток. 
Помимо перечисленных предохранителей традиционного исполнения в особую группу можно выделить жидкометаллические предохранители и предохранители инерционного типа. В жидкометаллическом предохранителе в качестве плавкого элемента применяется жидкий металл (галлий, олово и др.), которым заполняется канал расчетного по рабочему току сечения в герметизированном и вакуумированием патроне. Предохранитель электрически (последовательно) и механически связан с защитным аппаратом, например, автоматическим выключателем. При срабатывании такого предохранителя металл и жидкого состояния переходит в парообразное. Возникающее при этом в патроне давление через специальный шток воздействует на расцепитель автоматического выключателя, который и осуществляет отключение электрической цепи. Сразу же после этого пары металла вновь переходят в жидкое состояние (через 0,5-2 мс) и предохранитель готов к повторному срабатыванию. Инерционные предохранители от обычных отличаются наличием двух вставок разного сечения и исполнения, которые обеспечивают защиту потребителя (наиболее часто - асинхронные двигатели) как при значительных токах короткого замыкания, так и при сравнительно небольших токах перегрузки. 
Следует подчеркнуть, что в настоящее время (и скорее всего в обозримом будущем эта тенденция сохранится) предохранитель чаще всего применяется либо как аппарат защиты от токов короткого замыкания, либо как аппарат защиты от предельно больших токов короткого замыкания при совместном действии с автоматическим выключателем.