§ 7. Вторичные приборы и аппараты
Вторичные приборы и аппараты предназначены для контроля за состоянием первичного (силового) оборудования и режимом работы электроустановок, а также для управления этим оборудованием. К ним относят разнообразные измерительные приборы, приборы сигнализации, командные аппараты, а также первичные преобразователи, позволяющие непосредственно получить информацию о контролируемом объекте, вход которых непосредственно связан с первичной Цепью, а с выхода отбираются соответствующие сигналы, несущие указанную информацию по вторичным цепям, и исполнительные аппараты, непосредственно управляющие первичным оборудованием по командам, поступающим из вторичных цепей.
К первичным преобразователям относят рассмотренные ранее измерительные трансформаторы и всевозможные датчики, а к исполнительным аппаратам — различные приводы, в том числе и приводы выключателей. Рассмотрим некоторые из вторичных аппаратов.
Блок-контакты по существу являются датчиками механических перемещений, поскольку они преобразуют в электрические сигналы механические перемещения контролируемого оборудования, с которым связаны кинематически. Блок-контактами снабжают приводы выключателей и разъединителей, магнитные контакторы и пускатели, автоматы и другое оборудование.
Большое распространение получили блок-контакты КСА (рис. 35, а) в разъединителях и выключателях и КСУ (рис. 35, б) для коммутации цепей управления выключателей. Блок-контакты КСА собирают из отдельных
пакетов, каждый из которых содержит два неподвижных и один подвижный контакты. Блок-контакты разделяют по числу пакетов (от 2 до 12), углу поворота подвижных контактов (90 или 120°) и по конструкции рычага (с коротким и длинным плечом). Блок-контакты КСУ состоят из блок-контактов КСА (обычно на 2—4 пакета) и ускоряющего механизма, обеспечивающего ускоренное переключение
Рис. 36. Арматура сигнальных ламп АСС
блок-контактов в конце хода привода выключателя.
Приборы сигнализации сообщают о положении коммутационных аппаратов, срабатывании автоматических устройств путем подачи таких сигналов, которые могут быть восприняты человеком на слух или визуально. Для звуковой сигнализации применяют гудки, сирены и звонки. Для визуального восприятия пользуются электролампами, установленными в соответствующую арматуру, или световые табло, указательные реле и др.
Рис. 35. Блок-контакты:
а- КСА. б — КСУ
На рис. 36 показана арматура для сигнальных ламп АСС, представляющая собой сварной цилиндр с фланцем, в который с лицевой стороны вставляют пластмассовый ободок с цветной линзой, а с задней стороны — патрон с выводной колодкой. Световое табло (рис. 37) представляет собой металлический каркас прямоугольного сечения 1, снабженный с лицевой стороны пластмассовой рамкой 2, в которой вставлены два стекла (матовое снаружи и прозрачное внутри) для размещения между ними транспаранта, а с задней стороны — выводной колодкой с ламповыми патронами 4. К коробке привинчены планки 3 для крепления табло на панели.
На рис. 38 показан прибор сигнальный индикаторный ПСИ, предназначенный для отображения на мнемонических схемах положения коммутационных аппаратов. В него входят два электромагнита 2, установленных на выводной колодке 1, и подвижная система в виде якоря с указателем 3. При отсутствии тока в электромагнитах подвижная система находится в нейтральном положении, а при обтекании током одного из электромагнитов она поворачивается и указатель располагается вертикально или горизонтально в зависимости от того, по какому электромагниту проходит ток.
Рис. 37. Световое табло:
1 — металлический каркас, 2 — рамка,. 3 — планки, 4 — патроны
Рис. 38. Сигнальный индикаторный прибор ПСИ:
1 — выводная колодка, 2 — электромагниты, 3 — указатель
Командные аппараты служат для подачи команд на управляемые объекты с целью изменения их состояния, например, из отключенного во включенное. К ним относят ключи и кнопки управления, командоконтроллеры и др. На рис. 39 показаны малогабаритные переключатели завода «Электропульт»: МКСВФ (рис. 39, а) со встроенной в рукоятку сигнальной лампой и с фиксацией рукоятки в двух сигнальных взаимно перпендикулярных положениях, с самовозвратом ее из оперативных положений (в которые рукоятку поворачивают при подаче команд на включение или отключение управляемого объекта), МКВФ (рис. 39, б) с фиксацией рукоятки в двух сигнальных положениях и самовозвратом ее из двух оперативных положений в фиксированное, МКФ (рис. 39, в) с фиксацией рукоятки в нескольких определенных положениях, МКВ (рис. 39, г) с самовозвратом рукоятки в нейтральное положение и МКФз (рис. 39, д) с рукояткой-замком и с фиксацией ее в нескольких оперативных положениях.
Широко распространены универсальные переключатели УП5300, (рис. 40), применяемые в качестве командоаппаратов для переключения цепей управления автоматов, контакторов, высоковольтных выключателей, вольтметровых и амперметровых переключателей, переключателей постов управления и полюсов многоскоростных асинхронных двигателей малой мощности, коммутаторов для управления сервомоторами и разными электроустановками с неавтоматическим (ручным) замыканием, размыканием и переключением электрических цепей.
Переключатели различают по числу секций, диаграмме замыкания контактов, числу фиксированных положений и углу поворота рукоятки, ее форме, возможности съема рукоятки, степени защищенности. Число секций может быть 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16 (см. табл. к рис. 40). В переключателях с числом секций от 2 до 8 либо рукоятка фиксируется в каждом положении, либо применяется рукоятка с самовозвратом в среднее положение. При числе секций от 10 до 16 рукоятка фиксируется в каждом положении.
Число фиксированных положений и угол поворота рукоятки характеризуются соответствующей буквой в середине номенклатурного обозначения переключателя. Буквы А, Б и В означают, что переключатель имеет самовозврат в среднее положение без фиксации, причем буква А указывает, что рукоятка мкфГГ-мкв. " а-мкфз может поворачиваться на 45° вправо (по часовой стрелке) и влево (против часовой стрелки), Б — только на 45° вправо, В — на 45° влево.
Рис. 39. Малогабаритные переключатели завода «Электропульт»: а — МКСВФ, б —МКВФ, в — МКФ, г — МКВ. д — МКФз
Буквы Г, Д, Е и Ж означают, что переключатель с фиксацией в положениях через 90°, причем буква Г указывает, что рукоятка может поворачиваться вправо на одно положение, Д — влево на одно положение, Е —на одно положение влево и вправо, Ж — может находиться либо в левом положении, либо в правом под углом 45° к середине (в среднем положении рукоятка не фиксируется).
Буквы И, К, Л, М, Н, С, Ф, X означают, что переключатель с фиксацией в положениях через 45°, причем буква И указывает, что рукоятка может поворачиваться вправо на одно положение,
Рис. 40. Универсальный пакетный выключатель УП5300:
а — внешний вид, б — устройство секции; 1 — скоба, 2 — перегородка, 3 — кулачковые шайбы, 4 — зажимы, 5 — скобы включения пальцев, 6 — контактные пальцы
К—влево на одно положение, Л — вправо или влево на два положения, М—вправо или влево на три положения, Н — вправо на восемь положений, С — вправо или влево на одно положение, Ф — вправо на одно положение и влево на два положения, X — вправо на три положения и влево на два положения.
Рукоятка может иметь овальную и револьверную формы. Обычно переключатели с числом секций до 6 включительно с круговым вращением (на восемь положений) имеют овальную рукоятку.
У переключателей с замком рукоятка имеет также овальную форму и может сниматься в среднем положении или под углом
90° к середине, причем эти переключатели могут быть выполнены со всеми фиксаторами, кроме фиксаторов А, Б, В и Ж-
В обозначении каждого переключателя указывают сокращенное название, условный номер данной конструкции, номер, указывающий число секций, тип фиксатора и номер диаграммы переключений по каталогу.
Например, обозначение переключателя УП5314-Н20 расшифровывается так: У — универсальный, П — переключатель, 5 — нерегулируемый командоаппарат, 3 — безреечная конструкция, 14 — число секций, Н — тш фиксатора, 20 — номер диаграммы по каталогу.
Основной частью переключателя УП5300 являются рабочие секции, стянутые шпильками. Через все секции проходит центральный валик, на одном конце которого находится пластмассовая рукоятка. Для крепления переключателя на панели в его передней стенке имеются три выступа с отверстиями под установочные винты. Коммутация электрических цепей осуществляется контактами, расположенными в секциях переключателя. Каждая секция состоит из пластмассовой перегородки, контактной скобы с двумя приваренными серебряными контактами, двух контактных пальцев с серебряными контактами, двух скоб, взаимодействующих с указанными пальцами, зажимов для подключения подводимых проводников и кулачковых шайб, насаженных на центральный валик. В каждой секции расположено по три кулачковых шайбы, одна из которых предназначена для перемещения левого пальца в направлении замыкания соответствующего контакта, вторая — для перемещения правого пальца и средняя — для разведения обоих пальцев.
При повороте валика в одну сторону выступ рабочей поверхности крайней левой или правой шайбы нажимает на хвостовик скобы и соответствующий палец приходит в соприкосновение с неподвижным контактом упомянутой скобы, при этом шипы пальцев входят во впадины средней шайбы. Разведение пальцев происходит при нажатии выступов рабочей поверхности средней шайбы на шип. Хвостовик скобы включения в это время оказывается во впадине соответствующей левой или правой крайней шайбы. Фиксация переключателя осуществляется специальным устройством, находящимся на его передней стенке.
Кнопки управления серии КУ 1110А служат для дистанционного управления различными электромагнитными аппаратами (магнитными пускателями, магнитными контакторами и др.), а также для коммутирования электрических цепей управления, сигнализации, электроблокировки и других цепей постоянного тока напряжением до 220 В и переменного до 380 В. Кнопки управления этой серии могут быть одноэлементными КУ 1111А, двухэлементными КУ.1П2А и трехэлементными КУ 1113А. Они предназначены для открытого утопленного монтажа на металлическом или изоляционном основании толщиной до 20 мм. Контакты этих кнопок длительно выдерживают ток до 5 А и могут отключать постоянный ток 0,6 А при напряжении 110 В и 0,4 А при напряжении 220 В, а переменный ток 12 А при напряжении 127 В и 7 А при напряжении 380 В.
Кнопки универсальные К-20, К-23 и К-03 (рис. 41) служат для коммутирования цепей управления, сигнализации, защиты, блокировки и автоматики в различных электроустановках напряжением до 220 В постоянного и до 380 В переменного тока. Кнопка К-20 имеет две пары замыкающих контактов, К-23— две пары размыкающих контактов, а К-03 — одну пару замыкающих и одну пару размыкающих контактов. Контакты рассчитаны на длительное протекание тока 5 А.
Реле — это автоматический аппарат, контролирующий значение какой-либо физической величины, называемой управляющей величиной, и изменяющий значение другой физической величины (в частном случае однородной с управляющей), называемой управляемой величиной. Основным признаком, характеризующим любое реле, является так называемое релейное действие, при котором происходит скачкообразное изменение управляемой величины при достижении управляющей величиной заданного значения. Например, реле максимального тока при увеличении тока в управляющей цепи (в которую входит токовая обмотка этого реле) до заданного значения, называемого током срабатывания, замыкает своими контактами управляемую цепь.
Реле состоит из трех функциональных элементов: воспринимающего (измерительного), преобразующего и исполнительного. В электроустановках преимущественно применяют электрические реле, воспринимающий элемент которых включается в электрическую цепь и контролирует значение управляющей электрической величины (силы тока, напряжения). Преобразующий элемент связывает воспринимающий элемент с исполнительным, осуществляя при этом ряд преобразований (усиление "сигнала, замедление прохождения сигнала). Исполнительный элемент скачкообразно изменяет управляемую величину (например, замыкает или размыкает контакты в электрической цепи) при достижении управляющей величиной заданного значения. Кроме этих реле, у которых и воспринимающий, и исполнительный элементы вводятся в электрические цепи, применяют реле, реагирующие на неэлектрические величины (например, выделение газа в масло- наполненных аппаратах), и реле, исполнительный элемент которых не входит в электрическую цепь (например, реле прямого действия, встроенное в приводы выключателей).
Рис. 41. Кнопка управления К-03: 1 — корпус, 2 — подвижные контакты,
3 — неподвижные контакты.
Реле выполняют самые разнообразные функции в цепи информационных преобразований, поэтому их разделяют на измерительные и логические.
Измерительные реле служат в качестве измерительного органа и делятся по роду контролируемой величины на реле тока, напряжения, мощности, сопротивления, частоты и др. Для измерительных реле характерно наличие так называемых опорных (образцовых) элементов в виде калиброванных пружин, источников стабильного напряжения и тока и т. и. Они входят в состав реле, воспроизводят определенные, заранее установленные значения (называемые уставкой) какой-либо физической величины, с которой сопоставляется контролируемая величина. Измерительные реле, как правило, обладают большой чувствительностью (воспринимают даже небольшие изменения контролируемой величины) и имеют высокий коэффициент возврата (отношение величин срабатывания и возврата в исходное положение).
Логические реле служат для размножения импульсов, полученных от основных реле, усиления этих импульсов и передачи команд другим аппаратам, для создания выдержек времени между отдельными операциями и для регистрации действия как самих реле, так и других вторичных аппаратов. Для размножения импульсов и их усиления применяют так называемые промежуточные реле. Для создания выдержек времени служат реле времени, а для регистрации действия различных вторичных аппаратов — указательные реле.
Кроме простых реле, каждое из которых выполняет какую-либо одну функцию, имеются комбинированные реле, выполняющие функции нескольких простых.
В зависимости от связи между воспринимающим и исполнительным элементами эти реле можно разделить на электромеханические, в которых связь осуществляется через механизм, магнитные, в которых воспринимающий и исполнительный элементы связаны магнитным потоком, и электронные, в которых связь обеспечивается электронно-ионными или полупроводниковыми приборами. Наиболее широкое применение нашли электромеханические реле.
Электромеханические реле по принципу действия воспринимающего элемента делят на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные (по такому же принципу, как делят электроизмерительные приборы). Наиболее распространенным является электромагнитное реле. Устройство электромагнитного реле клапанного типа показано на рис. 42.
Сердечник 1, ярмо 4 и якорь 6 образуют магнитную цепь. Якорь свободно подвешивается на торцевую часть ярма, вокруг которой он может поворачиваться. К якорю прикрепляют латунную прокладку 7, чтобы предотвратить его прилипание к сердечнику под действием остаточного намагничивания последнего. Снаружи ярма на изоляционных прокладках 3 смонтированы контактные пружины 5. На сердечнике размещена катушка 2. Это реле двухпозиционное, поскольку может находиться в двух положениях (включенном и отключенном), с одним устойчивым- состоянием (при обесточенной катушке реле всегда переходит в исходное состояние, при котором якорь отпущен и контакты разомкнуты).
Рис. 43. Поляризованное реле:
I — подвижный контакт, 2 — неподвижный контакт, 3 — якорь, 4 — постоянный магнит, 5 — сердечник, 6 — обмотка
Примером магнитоэлектрического реле является поляризованное реле (рис. 43), состоящее из постоянного магнита 4, сердечника 5, якоря 3, подвижного контакта 1 и двух неподвижных контактов 2.
Рис. 42. Устройство электромагнитного реле клапанного типа:
1 — сердечник, 2 — катушка, 3 — изоляционные прокладки, 4 — ярмо, 5 — контактные пружины, 6 — якорь, 7 — латунная прокладка
В зависимости от направления тока в обмотке 6 при намагничивании сердечника в верхней его части образуется северный или южный полюс. В первом случае якорь переместится вправо, притягиваясь к южному полюсу постоянного магнита, к замкнутся правые контакты (на чертеже это положение показано пунктиром). Во втором случае якорь переместится влево, притягиваясь к северному полюсу постоянного магнита, и замкнутся левые контакты. Реле может быть отрегулировано как двухпозиционное с одним устойчивым состоянием при преобладании к левому или правому неподвижному контакту, в сторону которого всегда будет возвращаться подвижная система при обесточенной катушке, как двухпозиционное с двумя устойчивыми состояниями (подвижная система остается после обесточения катушки в том положении, в которое она перешла при прохождении тока по катушке) и как трехпозиционное с одним устойчивым состоянием, когда подвижные контакты при обесточенной катушке всегда занимают среднее положение и не имеют преобладания ни к левому, ни к правому неподвижным контактам.
Из измерительных реле для защиты электроустановок от коротких замыканий широко применяют электромагнитное РТ-40 (рис. 44), содержащее электромагнит с сердечником 14 и обмоткой 13, планку 10, установленную на подпятниках 11, на которой закреплены якорь 12 и подвижный контактный мостик 3, неподвижные контакты 5 с контактными пластинами 9, спиральную пружину 2, одним концом скрепленную с поводком 15 планки 10, а другим — с втулкой 16, находящейся на оси 17, и шкалу 1.
Примером комбинированного реле является широко распространенное индукционное реле тока РТ-80 (рис. 45), время срабатывания которого зависит от силы тока, протекающего по обмотке (чем больше ток, тем" быстрее срабатывает реле). В этом реле одна электромагнитная система, состоящая из разомкнутого магнитопровода 1, обмотки 17 и короткозамкнутых витков 2, образует в сочетании с алюминиевым диском 6 индукционный воспринимающий элемент, а в сочетании с подвижным сердечником (якорем) 16 — электромагнитный воспринимающий элемент. Исполнительным элементом реле служат сравнительно мощные контакты 14, что позволяет во многих случаях обходиться без промежуточных реле. Преобразующий элемент, создающий выдержку времени при работе индукционной части реле, состоит из червяка 9, закрепленного на оси диска, зубчатого сегмента 8, опирающегося на скобу 12, винта 15 для перемещения зубчатого сегмента, и указателя уставок времени 3. Диск закреплен на оси 4, свободно вращающейся в подпятниках 11, установленных в плечах рамки 10. Рамка 10 может поворачиваться около оси 0—0 в пределах, зафиксированных ограничителем 5.
Рис. 44. Реле тока РТ-40:
1 — шкала, 2 — спиральная пружина, 3 — подвижный контактный мостик, 4 — ось контактного мостика, 5 — неподвижные контакты, 6 — задние упоры, 7 — винты, 8 — передние упоры, 9 — контактные пластины, 10 — планка, 11 — подпятники, 12 — якорь, 13—обмотка электромагнита, 14 — сердечник электромагнита, 15 — поводок планки, 16 — втулка, 17 — ось поводка задания уставки, 18 — поводок задания уставки
При протекании тока по обмотке реле создается магнитный поток, расщепляемый в воздушном зазоре на две части: одна часть проходит через участок магнитопровода, охваченный короткозамкнутым витком, а вторая — через оставшийся участок полюса магнитопровода, не охваченный короткозамкнутым витком. В короткозамкнутом витке индуктируется ток, создающий магнитный поток, который отстает по фазе от основного магнитного потока, созданного обмоткой 17 реле при протекании через нее
тока. Таким образом, через участок полюса магнитопровода с короткозамкнутым витком проходит суммарный магнитный поток, состоящий из потока витка и части основного потока. Этот Суммарный магнитный поток сдвинут по фазе от потока смежного участка полюса. Из курса электротехники известно, что два магнитных потока, сдвинутых один относительно другого в пространстве и по фазе, образуют вращающееся, или бегущее, как это имеет место в рассматриваемом реле, магнитное поле.
Рис. 45. Комбинированное реле РТ-80:
а — устройство, б — диски магнитная система; 1— разомкнутый магнитопровод, 2 — короткозамкнутые витки, 3 — указатель уставок времени, 4 — ось, 5 — ограничитель, 6 — диск, 7 — постоянный магнит, в —сегмент, 9 — червяк, 10 — рамка, — подпятники, 12 — скоба, 13 — коромысло, 14 — контакты, 15 — винт, 16 — якорь, 17 — обмотка
При этом диск под действием силы, создаваемой бегущим магнитным полем, будет вращаться. Наименьший ток, при котором начинает вращаться диск, называется током начала работы реле. Когда диск начнет вращаться в той его части, которая проходит под полюсами постоянного магнита 7, индуктируется ток, взаимодействующий с полем постоянного магнита, благодаря чему создается тормозное усилие, действующее на диск. При дальнейшем увеличении тока в обмотке реле частота вращения диска и усилие будут возрастать и при достижении, определенной силы тока (тока срабатывания индукционного элемента) рамка с диском под действием параллельных сил F| и F2 повернется. При этом червяк придет в зацепление с зубчатым сегментом, который начнет подниматься.
Рис. 46. Реле времени ЭВ-100:
1 — регулятор натяжения пружины, 2— пружина часового механизма, 3 — шкала, 4 — неподвижные контакты, 5 — подвижные контакты, 6 — ведущая шестерня, 7 — зубчатый сегмент, 8 — часовой механизм, 9 — анкерный механизм, 10 — регулировочные винты, 11— рычаг часового механизма, 12 — контакты мгновенного действия, 13 — пружина якоря, 14 — якорь.
15 — магнитопровод, 16 —обмотка электромагнита
Рычаг сегмента, придя в соприкосновение с коромыслом 13 подвижного сердечника, будет его поднимать. Правый конец этого сердечника приблизится к магнитопроводу и притянется к нему, а контакты реле замкнутся. При значении тока, равном или большим тока срабатывания электромагнитного элемента, последний срабатывает и контакты реле замыкаются без выдержки времени.
Одно из логических реле — реле времени ЭВ-100 показано на рис. 46. В этом реле пружина 2 всегда находится в натянутом состоянии. При подаче напряжения на обмотку 16 якорь 14 втягивается, освобождая рычаг 11 часового механизма 8. Последний начинает двигаться под действием пружины 2. Часовой механизм обеспечивает равномерное движение подвижных контактов, которые через заданный промежуток времени вызывают замыкание неподвижных контактов 4.
