6.4.2.       Характеристики аппаратов управления и защиты

Рассмотрим основные характеристики наиболее широко применяемых в системах электропитания аппаратов управления и защиты.

Пакетные выключатели, рубильники, тумблеры служат для включения и отключения отдельных электроприемников и участков сетей в нормальном режиме, а также'

для отсоединения электроприемников и линий при производстве ремонтных работ.

В схемах электропитания широко используются пакетные выключатели и переключатели типов ПВ и ПП, предназначенные для коммутации электрических цепей напряжением до 400 В переменного тока, частотой 50, 60, 400 Гц и до 240 В постоянного тока. Они имеют исгюлнешія, различающиеся ; степенью защиты — ІРОО, ІРЗО, ІР56, ІР67; способом присоединения проводников — с передним и задним присоединением; способом установки и крепления —

I,   П, ПІ, IV (крепление передней скобой с установкой за панелью толішіиой 4 или 25 мм, крепление задней скобой с установкой внутри шкафа, креплешіе за корпус с установкой на стена.х и конструкциях); числом положешій рукоятки —от 2 ло 4; числом независимых коммутируемых цепей — от 1 до 4; способом фиксации коммутационных положений — через 90 и 120°. В зависимости от номинальных токов и напряжений выключатели и переключатели подразделяются на несколько модификаций, обозначаемых в шифрах их типов цифрами

1,   3, 5, 6, 8 и 9.

Технические характеристики некоторых наиболее употребительных пакетных выключателей приведены в табл. 6.1.

Рубильники Р-16 на напряжение 220 и 380 В и номинальный ток 16 А поставляются в одно- и многополюсном исполнениях. Степень защиты ІРОО. Коммутационная способность рубильников Р-16 при напряжении 220 В переменного тока — 5 А (cos ф = = 0,3-=-0,4Х 10 А (cos <р= 0,6-ь 0,'^; при напряжении 220 В постоянного тока — 2,5 А (при индуктивной нагрузке), 5 А Гпри активной нагрузке).

Тумблеры-переключатели типов ТВ1, ТВ2, ТП1, применяющиеся в схемах электропитания, имеют характеристики, приведенные в табл. 6.2.

Предохранители предназначены для защиты сетей и отдельных электроприемші- ков от коротких замыканий и перегрузки. Работа плавких предохранителей основана на тепловом действии электрического тока. Когда ток в защищаемой цепи превысит определенное значение, плавкая вставка расплавляется (перегорает), создавая разрыв цепи.

Предохранители характеризуются номинальным напряжением, номинальным током и предельным отключаемым током.

Номинальное напряжение предохранителя t/„oM.np соответствует наибольшему номинальному напряжению цепей, в которых

 

разрешается установка данного предохранителя.

Номитльный ток плавкой вставки /„ом вст ” это наибольиіий ток, который вставка выдерживает неограниченно долгое время.

Номинальный ток предохранителя (патрона) /„ом. пр. -- это длительный ток, на который рассчитан предохранитель; в один и тот же патрон вставляются плавкие вставки на различные номинальные токи, поэтому номинальный ток предохранителя, указанный на нем, равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данного предохранителя.

Предельно отключаемый- ток предохранителя /пр.отюі,—это наибольший расплавляющий ток, при котором еще обеспечивается гашение дуги без каких-либо повреждений патрона предохранителя.

Плавкая вставка перегорает тем быстрее, чем больший ток проходит через нее. За

висимость времени плавления вставки от тока, протекающего через вставку, называется заніитной характеристикой плавкой вставки.

Плавкие предохранители имеют разброс в срабатывании. При одном и том же расплавляющем токе время плавления вставки зависит от многих причин: материала, сечения и длины вставки, состояния поверхности вставки и условий ее охлаждения, температуры окружающего воздуха и т. п. Кроме того, с течением времени защитные свойства плавкой вставки ухудшаются из-за ее старения.

Обычно вставки калибруются так, что при токах /„„ < 1,3/„ом.вст они не перегорают в течение 1 — 2 ч. При токах /вст = =(57)/„ом.вст вставки расплавляются за 1-4 с, при 4ст = (4-;-5)/„о„.вст за 2-8 с, при — О ~ -^ном, 8СТ за 5 20 с.

Заметим, что значительный разброс времени плавления разных экземпляров вставок

на одинаковые токи /„ом.всг> особенно при небольших значениях отношения /вст/^^ном вст. является основной причиной неполнофазных отключений, когда плавкие вставки перегорают не во всех фазах защищаемой сети или мектроприемника.

В системах электропитания применяются предохранители типов ГШТ, ПТ, ПК-30 и др.

Предохранители типа ППТ выпускаются на номинальное напряжение до 220 В и ток до 10 А. В комплекте с ними применяют плавкие вставки типа ВТФ-6 на ток 6 А и ВТФ-10 на ток 20 А.

Предохранители типа ПТ имеют номинальное напряжение до 250 В и ток 10 А. Номинальный ток плавких вставок 0,5; 1; 2; 4; 6 или 10 А.

Предохранители типа ПК-30 могут применяться в цепях напряжением до 250 В. Номинальный ток плавких вставок 0,15; 0,25;

0,5; 1 или 2 А.

Автоматические выключатели используются в качестве защитных аппаратов от коротких замыканий- и перегрузок, а также для нечастых оперативных отключений электрических цепей и отдельных электроприемников при нормальных режимах работы. Таким образом, автоматы выполняют функции рубильников, предохранителей и магнитных пускателей (последнее при работе привода с редкими включениями). Автоматические выключатели удобнее в эксплуатации, чем рубильник с предохранителями. Кроме того, они более точны, надежны и безопасны в работе и обладают многократностью действия. Возможность неполнофазных отключений при защите автоматическим выключателем отсутствует — автоматический выключатель отключает все фазы защищаемой цепи. Однако автоматические выключатели намного дороже и сложнее, чем рубильники и плавкие предохранители.

По видам защиты различают автоматические выключатели: с электромагнитным расцепителем (для защиты от коротких замыканий); с тепловым расцепителем или с электромагнитным расцепителем с гидравлическим замедлешіем срабатывания (для защиты от перегрузки); с комбинированным расцепителем — электромагнитным и тепловым или электромагнитным с гидравлическим замедлением срабатывания (для защиты от коротких замыканий и перегрузок). Кроме того, автоматические выключатёли могут иметь расцепитель минимального напряжения, расцепитель дистанционного отключения и др. Выпускаются также автоматические выключатели и без расцепителей — неавтоматические выключатели. Автоматический вы

ключатель с электромагнитным расцепителем имеет в каждой фазе электромагнитное реле максимального тока. Когда ток в защищаемой цепи превышает определенное значение, сердечник реле втягивается и при помощи специального механизма, снабженного пружиной, контакты автоматического выключателя размыкаются (электромагнитное реле автоматического выключателя вместе с механизмом отключения называется электромагнитным расцепителем). Включаются автоматические выключатели кнопкой или рукояткой; предусматривается также возможность ручного отключения.

В тепловой расцепитель входит биметаллическая пластина. При перегрузке защищаемой цепи один из концов биметаллической пластины изгибается и через механизм расцепления производится отключение автоматического выключателя.

Электромагнитный расцепитель с гидравлическим замедлением срабатывания имеет специальное гидравлическое устройство, обеспечивающее обратнозависимую от тока выдержку времени срабатывания расцепителей в зоне перегрузок.

Механизмы отключения автоматических выключателей построены на принципе свободного расцепления. Они обеспечивают мо- ментное замыкание и размыкание контактов, не зависящее от скорости движения ручки (кнопки) управления, а также автоматическое отключение автоматического выключателя под действием расцепителей (независимо от положения в данный момент ручных органов управления).

Автоматические выключатели характеризуются номинальными напряжением и током, а их токовые расцепители — номинальным током и током уставки. Кроме того, автоматические выключатели характеризуются допустимым значением тока короткого замыкания, который они могут отключить без повреждения.

Номинальное напряжение автоматического выключателя 6’„ом.а соответствует наибольшему номинальному напряжению сети, в которой разрешается применять данный автоматический выключатель.

Номинальный ток автоматического выключателя /„ом. а “ это наибольший ток, протекание которого через автоматический выключатель допустимо в течение неограниченно длительного времени.

Номиналыіый ток расцепителя  —

это наибольший ток, протекание которого допустимо в течение неограниченного времени и который не вызывает срабатывания расцепителя.

Ток уставки электромагнитного расцени- теля /уст.эл.магн ~ это наименьший ток, при котором срабатывает расцепитель.

Номишлъный ток уставки теплового рас- цепителя или теплового элемента комбинированного расщепителя /„ом.уст.тепл — это наибольший ток расцепителя, при котором расцепитель не срабатывает.

Каждый автоматический выключатель имеет определенного вида защитную характеристику — завиетмость времени срабатывания от тока, проходящего через расцепитель.

Рассмотрим подробней характеристики некоторых типов автоматических выключателей, применяемых в системах электропитания контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации.

Автоматические выключатели АГІ50 предназначены для применения в цепях переменного тока частотой 50 или 60 Гц, напряжением до 500 В и постоянного тока напряжением до 220 В, выполняются в пластмассовом корпусе со степенью зашиты ІР20 и в дополнительном металлическом корпусе со степенью защиты ІР54, имеют двух- и трехполюсное исполнение, вьтускают- ся с электромагнитными (М), тепловыми (Т) и комбинированными (МТ) расцепителями на токи от 1,6 до 50 А, изготавливаются также и с другими расцепителями (минимального напряжения — Н, с расцепителем в нулевом проводе — 0) и без расцепителей.

Электромагнитные распепители имеют устройство со шкалой для регулирования степени сжатия пружины расцепителя, что позволяет изменять ток мгновенного срабатывания автомата. Уставка тепловых расцепителей также может регулироваться в пределах (0,6 -г 1) /„ом.расц с помощью рычага по специальной шкале.

В табл. 6.3 приведены основные техни

ческие характеристики автоматических выключателей АП50, находящих применение в системах электропитания.

Как видно из табл. 6.3, электромагнитные расцепители могут иметь кратность тока уставки /уст/4ом.расц = 3,5; 11. Однако колебания действительного тока срабатывания электромагнитных расцепителей лежат в пределах ± 15 %/уст.эл.магн- Тепловые расцепк- тели этих автоматов не срабатывают в течение 1 ч при токе 1,05 усх.тепл и гарантированно срабатывают при токе 1,35 /„ом.уст.тепл за время не более 30 мин, а при токе' 6/„ом.уст.тепл за 1,5 — 10 с (при срабатывании из холодного состояния). Время мгновенного срабатывания автомата лежит в пределах 0,017 — 0,02 с.

Блокировочные контакты автоматических выключателей в цепи переменного тока напряжением до 220 В отключают ток до I А, в цепи постоянного тока до 220 В — до 0,15 А. Автоматические выключатели серии АП50 могут отключать токи короткого замыкания до 1500 А.

На рис. 6.5—6.12 приведены время- токовые характеристики наиболее широко применяемых в схемах автоматизации автоматических выключателей АП50.

Характеристики автоматических выключателей получены при срабатывании из холодного состояния при температуре наружного воздуха +25 °С на переменном токе 50 Гц.

Времятоковые характеристики и токи срабатывания расцепителей имеют существен- •ные зоны разброса значений времени и токов срабатывания, что связано с нестабильностью срабатывания тепловых и электромагнитных расцепителей автоматических выключателей. На рис. 6.5 — 6.12 цифры означают: I — зона срабатывания электромагнитных расцепителей; 2 — зона возмож-

 

 

 

 

 

 

ного срабатывания электромагнитных расцепителей при /уст/4ом.расц = 3,5, где /ует ~ ТОК уставки; 3 -- зона возможного срабатывания электромагнитных расцепителей при /уст/ /„ом.расц= 8; ■# — зона возможного срабатывания электромагнитных расцепителей при

^уст/Люм-расц Ч •

Рассмотрим примеры использования времятоковых характеристик для расчета фактических значений времени и токов срабатывания автоматических выключателей.

Пример 6.1. Автоматический выключатель типа АП50 имеет кратность тока уставки расцепителей /уст/-^ном.расц= 8, номинальный ток расцепителей /ном.расц= 1-6 А. Требуется определить возможные действительные токи отключения автомата при срабатывании электромагнитных расцепителей.

Из рис. 6.5 находим, что электромагнитные расцепители безусловно мгновенно срабатывают. при токах I > 9,6 /„ом.расц = = 9,6-1,6 = 15,3 А. При токах І< <6,4/„омрг,сц= 6,4-1,6 = 10,2 А автоматический выключатель не отключается (зона 3 на рис. 6.5).

Пример 6.2. Ток нагрузки цепи, защищаемой автоматическим выключателем АП50 с тепловыми расцепителями на ток /„ом.расц = = 1,6 А, возрос с номинального значения до 1—5 /,юм.расц- Определить время отключения цепи автоматом с момента возрастания нагрузки.

Из рис. 6.1 находим, что автомат отключается вследствие срабатывания тепловых расцепителей спустя 7,5<Гср<15 с, т. е. автоматический выключатель обязательно должен отключиться через 15 с.

Возможно, автоматический выключатель будет отключен и раньше, но не быстрее чем через 7,5 с.

Пример 6.3. Автоматический выключатель АП50 и.меет тепловые и электромагнитные расцепители. Номинальный ток электромагнитных расцепителей /„ом.расц = = 1,6 А. Ток уставки /уст = 3,54о„.расц. Определить время отключения автоматиче

ского выключателя при возрастании тока нагрузки до / = 3,2 А.

Определяем кратность тока нагрузки номинальному току расцепителя ///„ом.расц = = 3,2/1,6 = 2. Из рис. 6.1 находим, что при /=3,2 А автоматический выключатель отключится от тепловых расцепителей спустя 60 < ?ср < 160 с.

Пример 6.4. Ток нагрузки автоматического выключателя в примере 6.3 возрос от номинального значения до /= 5 А. Определить, через какое время автоматический выключатель отключится.

Определяем кратность тока нагрузки %ом.расц= 5/1,6 = 3,12.

Из рис. 6.1 находим;

1)   автоматический выключатель обязательно будет отключен тепловым расцепите- лем через 30 с с момента возрастания тока нагрузки;

2)   в любое неопределенное время (от О до 30 с) автоматический выключатель может быть отключен электромагнитным расцепи- телем;

3)   в любое неопределенное время (от 20 до 30 с) автоматический выключатель может быть отключен тепловым расцепителем.

Автоматические выключате- ли АК50 предназначены для применения в электрических цепях напряжением до 320 В постоянного и до 400 В переменного тока частотой до 400 Гц, выполняются в пласт- м^совой оболочке со степенью защиты ІР20 (зажимы со степенью ІРОО) и в дополнительной металлической оболочке со степенью защиты ІР54, выпускаются в двух- и грехполюсном исполнении и могут иметь электромагнитные (М) и электромагнитные с гидравішческим замедлителем срабатывания (МГ) расцепителей. Расцепители изготавливаются с нерегулируемыми в условиях эксплуатации уставками тока и времени срабатывания.

В табл. 6.4 приведены основные технические характеристики автоматических выключателей АК50, применяемых в системах

электропитания. Выключатели с расцепите- лями МГ не срабатывают в течение 1 ч при токе 1Д/„ом.усг и гарантированно срабатывают при токе 1,35уст за время не более 30 мин, а при токе 6— за 3—20 с (при срабатывании из холодного состояния). Время мгновенного срабатывания лежит в пределах 0,02 — 0,04 с. Автоматические выключатели АК50 отключают токи короткого замыкания ло 4500 А.

Времятоковые характеристики автоматов АК50-ЗМГ даны на рис. 6,13 и 6.14.

Автоматические выключатели АКбЗ предназначены для применения в цепях постоянного тока напряжением до 240 В и переменного тока частотой 50 и 60 Гц, напряжением до 440 В, выпускаются в гшастмассовой оболочке со степенью защиты ІРЗО (зажимы со степенью защиты ІРОО) и в дополнительной металлической оболочке со степенью защиты ІР54 в одно-, двух- и трехполюсном исполнениях с электромагнитными (М) и с электромагнитными с гидравлическим замедлением срабатывания (МГ) расцепителями и без расцепителей.

Выключатели с расцепителями МГ срабатывают при токе 1,2 /„ом.уст с выдержкой времени не более 20 мин, а при токе

 

6 4oM.ycT“ 3—20 с (при срабатывании из холодного состояния). Время мгновенного срабатывания лежит в пределах от 0,02 ло 0,04 с. Выключатели (двух- и трехполюсные) отключают токи короткого замыкания до 5000 А.

Автоматические выключате.™ серии АК63 могут иметь блокировочные контакты с предельно отключаемым током 1,6 А при переменном напряжении 220 В (cos ф = = 0,4) и 0,25 А при постоянном напряжении 220 В.

Основные технические характеристики некоторых автоматических выключателей типа АК63, применяемых в системах электропитания, даны в табл. 6.5.

Автоматические выключатели А63 рассчитаны для использования в цепях постоянного тока напряжением до 110 В и переменного тока частотой 50 и 60 Гц, напряжетем до 220 В, выпускаются в однополюсном исполнении с электромагнитными (М) и с электромагнитными с гидравлическим замедлением срабатывания (МГ) расцепителями. Степень защиты автоматических выключателей — ІРЗО (зажимы со степенью защиты ІРОО).

Выключатели с расцепителями МГ не срабатывают при токе 1,1/ном.уст в течение 1 ч и гарантированно срабатывают при токе

1,2/„ом.уст с выдержкой времени не более 30 мин, а при токе 6/„ом.уст ~ за 3 — 20 с. Время мгновенного срабатывания не превышает 0,05 с. Автоматы способны отключать токи короткого замыкания до 2500 А, Основные технические характеристики автоматических выключателей АбЗ, применяемых в системах электропитания, приведены в табл. 6.6.

Магнитные пускатели выполняют функ-- ции аппаратов дистанционного включения и отключения электроприемников и, в частности, в системах электропитания приборов и средств автоматизации используются для управления электродвигателями исполнительных механизмов и электроприводами задвижек. Кроме того, магнитные пускатели

могут выполнять функции защиты от перегрузки и понижения напряжения (а, как следствие, от самозапуска), блокировку с другими аппаратами и электрическое реверсирование.

Основной частью магнитного пускателя является контактор. Его катушка обеспечивает защиту от понижения напряжения. Защиту от перегрузки осуществляют тепловые реле, которые могут встраиваться в магнитный пускатель. Блокировка с другими аппаратами осуществляется с помощью блокировочных контактов пускателя, а реверсирование — с помощью реверсивных пускателей (последние состоят из двух нормальных пускателей, электрически и механически сблокированных между собой).

Для электродвигателей исполнительных механизмов и электроприводов задвижек в основном используются магнитные пускатели серии ПМЕ и др.

Пускатели ПМЕ выпускаются в исполнениях со степенями защиты ІРОО, ІРЗО, ІР54, нереверсивными и реверсивными, со встроенными тепловыми реле и без тепловых реле, со встроенными кнопками и без них.

Пускатели этой серии в зависимости от номинального тока главных контактов разделяются на три типа: ПМЕ-000, ПМЕ-100, ПМЕ-200.

Основные технические характеристики некоторых типов магнитных пускателей серии ПМЕ, применяемых в цепях электродвигателей исполиительных механизмов и электроприводов задвижек, даны в табл. 6.7.

Пускатели серии ПМЕ надежно работают при колебаниях напряжения сети в пределах от 0,85 до 1,05 номинального напряжения катущки. Пускатели с тепловой защитой имеют тепловые элементы (тепловые двухполюсные реле) типа ТРН. Основные характеристики тепловых реле ТРН приведены в табл. 6.8.

Реле ТРН не срабатывает при номинальном токе уставки теплового элемента (в установившемся тепловом состоянии при

температуре окружающей среды +20°С) и срабатывает в течение 20 мин при токе, равном 1,2 номинального тока уставки.

Реле допускает регулировку тока уставки в пределах ±25%. Регулировку производят с помощью механизма уставки, на шкале которого нанесено по пять делешій в обе стороны от нуля.

Тепловые реле типа ТРН имеют температурную компенсацию.

Деление щкалы уставок для тепловых реле типа ТРН выбирается в соответствии с выражением

где /ном “ номинальный ток электродвигателя; /о —ток нулевой уставки реле; с — цена деления, равная 0,05 для открытых пускателей и 0,055 — для защищенных.

Для токовых реле типа ТРН при температуре окружающей среды шіже + 40‘’С вводится поправка на окружающую температуру

 

 

При окружающей температуре выще +40 °С поправка не вводится. С учетом поправки на температуру окружающей среды результирующее деление шкалы

Полученные дробные расчетные значения делений шкалы уставок округляют до ближайшего целого значения.

Времятоковые характеристики тепловых реле ТРН даны на рис. 6.15. При проверке времятоковых характеристик следует учитывать, из какого состояния (холодного или прогретого) происходит срабатывание реле. При проверке тепловых реле надо иметь в виду, что нагревательные элементы тепловых реле термически неустойчивы при токах короткого замыкания.

Пример 6.6. Пускатель серии ПМЕ с тепловыми реле типа ТРН включает электродвигатель с номинальным током /дом — = 5 А. Ток нулевой уставки теплового реле /о = 6 А. Пускатель имеет открытое исполнение. Температура окружающей среды +25 °С. Определить положение механизма

регулировки тока уставки на шкале теплового реле.

По (6.1) находим

Так как реле типа ТРН имеет температурную компенсацию, то поправка на температуру окружающей среды не требуется. Механизм регулировки следует установить на отметку ІѴ = — 3 (третье деление влево от нулевой отметки).

Реле тока и реле напряжения. Для контроля соответственно значений токов и напряжений в цепях переменного тока наиболее часто применяются реле тока типа РТ-40 и напряжения типа РН-50.

Технические характеристики реле тока типа РТ-40 приведены в табл. 6.9. Погрешность срабатывания составляет ± 5 % при температуре +20°С.

Технические характеристики реле напряжения типа РН-50 приведены в табл. 6.10. Отклонение напряжения срабатывания от значений, обозначенных на шкале, не более + 8% при температуре окружающей среды + 20°С.