В настоящее время распределительные устройства поставляются электропромышленностью в комплектном полностью собранном виде с законченным монтажом всех входящих в них аппаратов, и монтаж их сводится лишь к установке в монтажной зоне в проектное положение. Электромонтажные организации не выполняют монтаж отдельных аппаратов и приборов, и поэтому в данной книге не приводится описание их монтажа. В случае необходимости монтажа отдельных аппаратов, описание которых приводится ниже, следует руководствоваться технической документацией предприятий-изготовителей, а так же справочниками по монтажу электроустановок [19, 20].
Остановимся кратко на основных направлениях развития низковольтного аппаратостроения.
При разработке третьего поколения низковольтных аппаратов управления (НАУ) решались и решаются задачи повышения эксплуатационной надежности при сокращении материальных, трудовых и энергетических затрат на их разработку и производство Решение электропромышленностью этих задач велось по двум направлениям 1) совершенствование контактной аппаратуры за счет применения материалов с улучшенными физико-техническими свойствами и более совершенных комплектующих изделий, создание аппаратов с новыми качествами, 2) создание аппаратов новой конструкции, использование полупроводниковых устройств, гашения дуги в инертном газе или в вакууме, с герметизированными силовыми контактными устройствами [25] Низковольтные аппараты выполняют функции включения, переключения и отключения электрической цепи (коммутационные аппараты), автоматического отключения электрической цепи при КЗ и недопустимых токовых перегрузках, а также при недопустимых кратковременных снижениях напряжения или исчезновениях напряжения (коммутационно-защитные аппараты).
Ниже приводится описание некоторых аппаратов нового, третьего поколения, получающих все более широкое распространение
Пояснения по выбору аппаратов для применения в низковольтных комплектных устройствах управления электроприводами (НКУ) приведены в гл 9.
Коммутационные аппараты.
Контакторы с бездуговой коммутацией (гибридные) Модификацией контакторов серии КТ600, КТП6000 и КТ7000 являются контакторы переменного тока 380 и 660 В на 100, 160 и 250 А гибридного исполнения с бездуговой коммутацией серии КТ60 и КТП60, в которых сочетаются контактные и полупроводниковые элементы (рис 7 5).
Рис 7 5 Контакторы электромагнитные переменного тока серии КТСО и КТП60 (гибридные) с бездуговой коммутацией
а — упрощенная принципиальная схема, б — конструкция контактора (вид спереди), в —то же вид сбоку, К — главный контакт, VT1 и VT2 — тиристоры, Т — трансформатор тока, VD1 и VD2 — диоды, 1 — вспомогательные контакты, 2 — полупроводниковые блоки, 3 — полюсы контактора с дугогасительными камера ми, 4 — электромагнитный привод, 5 — рейка
Параллельно главным контактам К включены встречно параллельно тиристоры VT1 и VT2 Управление тиристорами осуществляется от трансформатора тока Т, первичной обмоткой которого является шина контактора Вторичные обмотки трансформатора Т подключены через диоды VD1 и VD2 к управляющим цепям тиристоров Когда контактор включен, ток проходит только по контактам К, так как падение напряжения на них очень мало и значительно ниже порогового напряжения вольт амперной характеристики тиристоров При отключении контактов К ток проходит в цепь тиристоров, находящихся во включенном состоянии, под действием сигналов управления, поступающих от трансформатора тока Т При этом дуга на контактах К не образуется, так как падение напряжения на тиристорах не превышает 4—5 В, т. е. оно ниже напряжения, необходимого для зажигания электрической дуги При изменении направления тока сигналы управления снимаются и ток в цепи тиристоров прекращается при первом переходе его через нулевое значение, т е в течение не более полупериода.
Гибридные контакторы сочетают преимущества контактных аппаратов (малые габариты, потребляемая мощность и повышенная нагрузочная способность) и бесконтактных (высокая износостойкость, надежность, простота обслуживания).
Электрическая износостойкость контакторов -г- 5 млн. циклов. Контакторы выдерживают сквозной ток КЗ 20 кА. Контакторы типа КТ имеют катушку электромагнита переменного тока, а КТП — постоянного.
Контакторы с бездуговой коммутацией выпускаются также серии МК2 на 380 и 660 В на ток 63 А.
Вакуумные контакторы серий КМ 13 и КТ 12Р. В связи с тем что электрическая прочность промежутка между контактами в вакууме значительно выше, чем в воздухе, гашение дуги проходит быстрее, а следовательно, коммутационная износостойкость контактов выше. Вакуум в дугогасительных камерах — не выше 13,3 мПа. Преимущества по сравнению с воздушными контакторами: быстрое восстановление электрической прочности межконтактного промежутка, отсутствие взаимодействия дуги с окружающей средой, быстродействие, высокая механическая и коммутационная износостойкость, исключение необходимости применения серебра для силовых контактов, стабильность переходного сопротивления, минимальный уход и обслуживание. Вакуумные камеры серии КДВ-12 рассчитаны на номинальные токи 400 и 630 А при напряжении 1140 В. Вакуумные контакторы КМВ с управлением на постоянном и переменном токе предназначены для управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором и другими приемниками электроэнергии, в основном с тяжелым режимом работы электроприводов в сетях переменного тока 380, 660 и до 1000 В, частотой 50 и 60 Гц, номинальный ток главной цепи 250, 400 и 630 А. Коммутационная износостойкость для категорий применения АС-3 2,2 млн. (КМ13-35) и 1,5 млн (КМ13-37 и КМ13-39) циклов включений и отключений (ВО), для категории применения АС-4 — соответственно 1,2 и 0,8 млн. циклов ВО. Частота включений в час 1200. Предельная коммутационная способность при 660 В 10/ном при включении и в 8/НОм при отключении (Люм — номинальный ток), механическая износостойкость 5 млн. циклов ВО.
Вакуумные контакторы серии КТ12Р (или КТ12Р37) по конструкции и назначению аналогичны контакторам КМ13, но могут быть встроены в оболочки взрывозащищенных и рудничных взрывобезопасных аппаратов. Удовлетворяют повышенным требованиям безопасности в условиях угольных шахт. Номинальный ток 400 А, напряжение 660 и 1140 В. Предельная коммутационная способность (действующее значение тока КЗ) 4,8 кА при 660 В и 3,45 кА при 1140 В. Коммутационная износостойкость для категорий применения АС-3 и АС-4 — соответственно 2 и 0,5 млн. циклов ВО.
Герсиконовые контакторы КМГ-13 и КМГ-14 предназначены в основном для коммутации цепей переменного тока, управления асинхронными двигателями мощностью до 3 кВт и малоамперными элементами слаботочной автоматики. Малая потребляемая мощность (4 Вт) и высокая предельная мощность коммутации (более 20 кВ-А) позволяют использовать их как связующее звено между слабыми выходными сигналами от логических схем и мощными контакторами (до 630 А).
Контакторы оснащены герсиконами КМГ-12 (магнитоуправляемыми герметичными контактами) — коммутационными аппаратами принципиально нового вида, повышенной надежности контактирования и повышенной коммутационной износостойкости, с контактами, размещенными в герметичном керамическом корпусе, заполненном защитным газом. Контакты выполнены из тугоплавкого материала (вместо серебра). Герсиконы не требуют ухода и обслуживания, бесшумны, их подвижные элементы практически не изнашиваются. Коммутационная и механическая износостойкость 50 млн. циклов ВО. Габаритные размеры 23x42,5x83,5 мм, масса 0,11 кг, номинальный ток 6,3 А при напряжении 380— 400 В.
Герсиконы КМГ-12 являются основным комплектующим изделием для герсиконовых контакторов КМГ-13 и КМГ-14, в которых выполняют роль главных контактов, но могут применяться и самостоятельно в различных силовых схемах.
Коммутационно-защитные аппараты.
Все более широкое применение автоматизации приводит к постепенному сужению области применения простейших коммутационных аппаратов, приводимых в действие от руки, к замене их коммутационными аппаратами, производящими включение и отключение цепей автоматики по заданной программе или в соответствии с заданным режимом работы установки. Такое управление осуществляется с помощью датчиков. Датчик воспринимает изменение режима технологического процесса, преобразует его в соответствующее изменение тока в управляющей цепи, воздействуя тем самым на приборы управления, которые в свою очередь включают или отключают коммутационный или коммутационно-защитный аппарат.
Автоматические выключатели служат для автоматического размыкания электрических цепей при перегрузках и КЗ, при недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастого включения цепей вручную. Механизм, который отключает автоматический выключатель, называется расцепителем. Типы расцепителей: электромагнитный максимального тока (максимальный), тепловой, комбинированный, имеющий и электромагнитный, и тепловой элементы, независимый дистанционный, минимального напряжения. Максимальный расцепитель при достижении током определенного значения оттягивает защелку, и под действием пружины автоматический выключатель разрывает цепь тока.
Расцепитель минимального напряжения при понижении напряжения в сети ниже нормы поворачивает защелку, и под действием пружины нож автоматического выключателя разрывает цепь тока. Дистанционный независимый расцепитель служит для дистанционного отключения автоматического выключателя.
Автоматические выключатели АЕ2000, А3100, А3700, АВ, ACT, ?Электрон». Установочные автоматические выключатели АЕ2000, А3700 осуществляют комбинированную защиту электроустановок: тепловую — защиту от перегрузок и электромагнитную максимальную — защиту от КЗ. Автоматические выключатели АЕ2000 заменили автоматические выключатели АП50, АК63, А63, AK50, ACT, АЗ 161, А3163, А3110, А3120. Их применяют в электрических цепях переменного тока до 660 В и постоянного тока до 220 В. Они предназначены для защиты от перегрузок и токов КЗ, для включения и выключения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а также для оперативного включения и отключения цепей с частотой до 30 включений в час.
Автоматические выключатели АЕ2000 выпускают: АЕ2030 — до 25 А, 660 В; АЕ2040 — до 63 А, 660 В; АЕ2050 — до 100 А, 660 В.
Автоматические выключатели серии А3700 заменили автоматические выключатели А3100, А3300, А3300М, А3500, А3600 и А4100. Они предназначены для защиты электроустановок от перегрузок, КЗ и недопустимых снижений напряжения, а также для оперативного включения и выключения цепей 220 В постоянного и 660 В переменного тока.
Автоматические выключатели допускают нечастые пуски асинхронных электродвигателей, их выпускают на 160, 250, 400 и 630 А в двухи трехполюсном исполнениях.
Автоматические выключатели серии АВ выпускают на 1000, 1500 и 2000 А и применяют в цепях постоянного тока до 460 В и переменного тока 500 В.
Автоматические выключатели «Электрон» выпускают на 630, 1000, 1600, 2500 и 4000 А и 660 В переменного и 440 В постоянного тока (см. рис. 7.4).
Автоматические выключатели серий ВА50 и ВА75 (ГОСТ 9098—78*Е) на номинальные токи от 25 до 400 А предназначены для замены выключателей серий АЕ2000, А3700 и «Электрон». Эти аппараты имеют лучшие технические характеристики, меньшие габариты и массу. Так, например, масса выключателей ВА50 снижена в среднем в 2,4, а габариты — в 3,3 раза. Масса ВА75 уменьшена в 1,8 раза. Выключатели ВА50 имеют пластмассовый корпус, а ВА75 выпускаются в открытом исполнении. Автоматические выключатели ВА51—ВА56 предназначены для распределения энергии в цепях переменного до 660 В и постоянного до 440 В тока от 25 до 1600 А, отключения цепей при КЗ и перегрузках, при недопустимых снижениях напряжения, для нечастых оперативных включений и отключений электродвигателей и для их защиты. Выключатели выпускаются неселективными, с тепловыми расцепителями максимального тока и без них, могут быть снабжены независимыми расцепителями, максимальным и нулевым расцепителями напряжения, свободными вспомогательными контактами, контактами сигнализации автоматического отключения и механической блокировкой положения выключателя «Включено» или «Отключено». Модульная конструкция выключателей позволяет сократить монтажные площади и размеры РУ. Автоматические выключатели серии ВА50 имеют следующие модификации: средней коммутационной способности: от ВА51-25 на 25 А до ВА51-39 на 630 А; повышенной коммутационной способности: от ВА52-31 на 100 А до ВА57-39 на 630 А; токоограничивающие: от ВА53-37 на 400 А до ВА53-43 на 1600 А; селективные: от ВА55-37 на 400 А до ВА55-43 на 1600 А; без максимальных расцепителей: от ВА56-37 на 400 А до ВА56-43 на 1600 А. Выключатели ВА75 выпускаются на 2500—4000 А.
Быстродействующие автоматические выключатели ВА47-38 и ВА47-43 предназначены для защиты силовых полупроводниковых приборов в преобразователях напряжением до 660 В переменного тока (50—60 Гц) и до 600 В постоянного тока. Благодаря применению быстродействующего индукционно-механического привода и эффективной дугогасительной камеры с магнитным дутьем полный интервал отключения токов КЗ сокращен в 8—10 раз по сравнению с выключателями ведущих зарубежных фирм. Собственное время отключения токов КЗ ВА47 — менее 0,5—1 мс. Это позволяет значительно уменьшить габариты преобразователей.
Магнитные пускатели изготовляют как нереверсивные, так и реверсивные. Пускатели ПМЕ предназначены для пуска двигателей малой мощности. Их применяют в цепях: 127 В — для электродвигателей от 1,1 до 3 кВт; 220 В — от
до 5,5 кВт; 380 В — от 4 до 10 кВт; 500 В — 10 кВт; 660 В — 7 кВт. Пускатели ПМЕ заменены с середины 80-х годов на пускатели серии ПМЕ-М. Пускатели ПА и ПАЕ предназначены для двигателей средней мощности: при 127 В — от 4,5 до 7,5 кВт; при 220 В — от 10 до 40 кВт; при 380 и 500 В — от 17 до 75 кВт.
В обозначении типа пускателя цифры указывают: первая— величину пускателя; вторая — исполнение (1—открытое, 2 — защищенное, 3 — пылеводонепроницаемое); третья — реверсивный или нереверсивный, с тепловым реле или без него (1 —нереверсивный без реле, 2 — нереверсивный с реле, 3 — реверсивный без реле, 4 — реверсивный с реле), например: ПМЕ-111—пускатель магнитный первой величины открытого исполнения, нереверсивный без теплового реле; ПА-423 — пускатель магнитный четвертой величины защищенного исполнения, реверсивный без теплового реле; ПА-312 — пускатель магнитный третьей величины, открытого исполнения, нереверсивный с тепловым реле.
Магнитные пускатели ПАЕ с. начала 80-х годов заменены пускателями серии ПМА.
Рис, 7.6. Схема пускателя магнитного нереверсивного:
1 — магнитный пускатель; КА — тепловые реле; SB — кнопка управления; FZ — F3 — предохранители; К — катушка пускателя; КА 1 — биметаллический контакт теплового реле
Магнитные пускатели серий ПМЛ и ПМА (рис. 7.6) на токи от 6,3 до 160 А, напряжение до 660 В, предназначены для управления асинхронными двигателями мощностью до 90 кВт. Наличие трехполюсных электро- и тепловых реле позволяет осуществить защиту двигателей от перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе от режима работы на двух фазах. Выпускаются в открытом и защищенном исполнениях, реверсивные и нереверсивные, с переключением схемы соединения со звезды на треугольник. Коммутационная износостойкость для категории применения АС-3 — 2—3 млн. циклов ВО. Механическая износостойкость 10—16 млн. циклов ВО.
Тиристорные пускатели (рис. 7.7) предназначены для управления трехфазными электродвигателями на передвижных и стационарных установках. Пускатель устанавливают в вертикальном положении, но он допускает при установке отклонение от вертикали в любую сторону до 45°. Пускатель допускает как продолжительный, так и повторно-кратковременный режим работы с ПВ — 60 % при частоте включений до 600 в час. Он имеет тепловую защиту от перегрузок и максимальную токовую защиту с регулируемым порогом срабатывания. Управление пускателем кнопочное, как с фиксацией, так и без фиксации команды. Управление может осуществляться и от бесконтактных логических элементов.
Силовая часть пускателя состоит из тиристоров, включенных встречно-параллельно по два на каждую фазу.
Быстродействующие предохранители ПП60М (ГОСТ 17242—86Е) предназначены для защиты мощных тиристорных преобразовательных агрегатов для металлургического электропривода, электротранспорта и преобразовательных установок других типов. Их номинальный ток 630 А при напряжении 380 и 660 В переменного тока частотой 50—60 Гц, 250 и 500 В постоянного тока (при постоянной времени не менее 35 мс).
Рис. 7.7 Тиристорный пускатель:
с — схема внешних соединений с управлением без фиксации команды, б — то же с фиксацией команды, в — внешний вид, SFV — пускатель тиристорный, VT — тиристоры М — электродвигатель SB1, SB2, SB3 — кнопки управления «Пуск вперед», «Пуск назад» и «Отключено» соответственно, Л1, Л2, ЛЗ, Cl, С2, СЗ— зажимы силовые, 1—4 — зажимы цепей дистанционного управления
Они могут эксплуатироваться также и при пониженной или повышенной до 400 Гц частоте. Отключающая способность 200 кА (эффективная). Предохранители изготовлены без применения серебра в конструкции плавкого элемента, обладают высокой циклической стойкостью при технологических перегрузках (при 100 %-ной загрузке) и большой токоограничивающей способностью.
Жидкометаллические самовосстанавливающиеся предохранители в ближайший период должны получить применение в качестве ограничителей тока при последовательном включении с автоматическими выключателями [42].
Принцип работы жидкометаллических самовосстанавливающихся предохранителей (ЖСП) основан на испарении жидкого металла в капиллярном отверстии диэлектрической втулки при протекании аварийного тока. Образующаяся паровая пробка обладает высоким сопротивлением, ограничивающим электрический ток. Через несколько миллисекунд жидкий металл остывает и конденсируется, восстанавливая электрическую цепь. Основным преимуществом ЖСП является высокое быстродействие и способность многократно восстанавливаться, что позволяет осуществлять циклы АПВ. К недостаткам ЖСП относится нестабильность их защитной характеристики и сложность согласования селективности их действия с другими защитными устройствами, а также с перегрузочной способностью защищаемых электроустановок. В связи с этими недостатками ЖСП имеют за рубежом ограниченное применение. Проведенные в нашей стране исследования позволили найти решение, обеспечивающее стабильность защитной характеристики без снижения сопротивления шунтирующего резистора и токоограничивающих свойств ЖСП. Это открывает возможность использования ЖСП не только в качестве ограничителей тока для повышения отключающей способности выключающих аппаратов, но и для защиты от перегрузок и КЗ.
