6. КОРРЕКТИРОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Если возвратиться к исходным данным, с которых началась разработка схемы, и проследить, как протекала работа, легко заметить следующие ее характерные особенности:
Отдельные этапы работы связаны между собой логической цепью, в силу которой проектировщик, закончив один этап работы, естественно, переходит к следующему и притом вполне определенному. Действительно. Почему выбор начат с электродвигателя? Потому что он является основным в схеме: без него насос не может работать, т. е. не будет решена та задача, ради которой ведется проектирование. Выбору защиты предшествовал выбор электродвигателя, потому что, не зная, что защищать и от чего защищать, нельзя проектировать защиту. Аналогичные соображения относятся и к коммутационным аппаратам: магнитному пускателю и рубильнику. Выбрав магнитный пускатель, естественно было перейти к цепи его катушки и т. д.
В работе над схемой тесно переплетались элементы составления схемы и ее анализа. Это значит, что, прежде чем принимать то или иное решение, всегда оценивается, правильно ли оно, а если правильно, то можно ли его выполнить.
В процессе проектирования схема несколько раз изменялась.
В простейшем виде схема, созданная только по условиям действия, представлена на рис. 2. А выбор аппаратуры проводился по другой схеме на рис. 7, в которой был уже учтен ряд обязательных требований электрической защиты, обслуживания и техники безопасности.
Выше схема на рис. 7 была названа предварительным вариантом. Этим подчеркивалось, что она, возможно, будет в дальнейшем корректироваться. Но так как в то время оснований для этого еще не было, мы перешли к выбору аппаратуры. Теперь, когда аппаратура выбрана, настало время возвратиться к рис. 7 и, если нужно, скорректировать схему. После корректирования схема представлена на рис. 8, где в отличие от рис. 7:
Напряжение вторичной обмотки трансформатора Тр1 не 42, а 36 В, т. е. равно номинальному напряжению катушек реле У1 и АУ1.
В цепь катушки магнитного пускателя вместо контактов двух тепловых реле PTJ и РТ2 введен один контакт двухполюсного реле РТ, встроенного в магнитный пускатель.
Исключены предохранители /72, а их функции возложены на предохранители П8.
Рис. 8. Принципиальная схема управления электродвигателем насоса после корректирования, с — правильно; б — неправильно.
4. Введены предохранители П4 для защиты цепей, присоединенных ко вторичной обмотке трансформатора fpl, и самого трансформатора (СМ. ниже).
Вопрос о предохранителях сложен, он требует дополнительных пояснений, состоящих в следующем. В § 5 совершенно правильно были выбраны предохранители П2.
Оценим их защитные возможности. Предохранители П2 не способны предупредить повреждений катушки магнитного пускателя МП и трансформатора Тр1 и не перегорают при к. з. в цепях его вторичной обмотки Единственное, на что они рассчитаны,— это защитить от короткого замыкания очень простую цепь 26— 27. С другой стороны, из схемы на рис. 7, д ясно видно, что предохранители П2 и П8 соединены последовательно. Значит, ток к. з. в цепи 26—27 проходит не только через предохранители П2, но и через предохранители П8. И если они способны при этом достаточно быстро перегореть, то надобность в предохранителях П2 отпадает.
Как же ответить на этот вопрос? Иными словами, как узнать, при каких условиях имеющийся предохранитель защищает провода от тока к. з., проходящего через неповрежденные провода.
Подчеркиваем: короткое замыкание не между проводами, а вне проводов, например на выводах катушки магнитного пускателя или на сборке зажимов, но ток к. з. проходит через провода. Если к. з. возникло вследствие повреждения изоляции самих проводов, то предохранитель их уже не спасет. Однако он необходим, так как предотвращает повреждение проводов, проложенных рядом, пожар и другие недопустимые явления.
В простейших случаях, когда требуется защита проводов только от тока к. з., необходимая проверка выполняется следующим образом. Заданный ток плавкой вставки (в нашем примере 20 А) умножают на 0,33. Полученное значение 20 х 0,33 = 6,6 А показывает, 4что данная вставка защищает провода, если они допускают длительный ток не менее 6,6 А. Провода, допускающие большие длительные токи, тем более защищены предохранителями, так как сечение этих проводов больше и, следовательно, тот же ток нагревает их меньше.
Защита проводов от токов к.з. всегда обязательна, но в ряде случаев ее недостаточно, и тогда провода нужно защищать не только от токов к. з., но и от перегрузки. Дело в том, что перегруженные провода сильнее нагреваются, что в пожаро- и взрывоопасных зонах может явиться причиной пожара (взрыва). Есть и другие условия, при которых повышение температуры проводов недопустимо.
Длительная перегрузка проводов может возникать:
а) в сетях со штепсельными розетками, в которые бесконтрольно можно включить непомерно большую нагрузку; в сетях освещения также есть возможность заменить лампы более мощными, чем было предусмотрено;
б) в проводах, питающих даже одиночный электродвигатель, если он сам от перегрузки не защищен. Если же защита от перегрузки электродвигателя выполнена, как в нашем случае, то она же защищает и питающие его провода, так как своевременно (т. е. до наступления недопустимого перегрева) их отключает.
Для проверки защищенности проводов от перегрузки пользуются другими коэффициентами (не 0,33). Исчерпывающие сведения даны в [10, 11] и ПУЭ-76.
А какие провода приходится защищать в нашем случае?
По ПУЭ монтаж выполняется проводами сечением не менее 1 мм2 (медь) или 2,5 мм2 (алюминий). Длительно допустимый ток для таких проводов (жил кабелей) значительно больше 6,6 А. Значит, предохранители П8 со вставками 20 А защищают и провода и контрольные кабели, и, следовательно, предохранители /72 не нужны. Схема упрощается, а защитные ее свойства сохраняются.
Однако, как объяснено выше на с. 46, предохранители TJ8 (теперь уже П8, а не /72) не могут защитить ни цепи, присоединенные ко вторичной обмотке трансформатора, ни сам трансформатор при к. з. Чтобы устранить этот серьезный недостаток, введены предохранители П4. Их выбирают аналогично выбору предохранителей /72 (см. выше § 5) только по току нагрузки вторичной обмотки трансформатора.
Возвратимся еще раз к предохранителям П8. В зону их защиты, кроме рассмотренной цепи 26— 27, входят кабель от предохранителей до электродвигателя и тепловые элементы теплового реле РТ. Кабель явно защищен, так как сечение его жил не менее 2,5 мм2, а жилы такого сечения, как выяснено выше, надежно защищаются двадцатиамперными предохранителями. Но защитят ли при к. з. эти предохранители тепловые элементы теплового реле, не сгорят ли они?
Чтобы ответить на этот важный вопрос, следует обратиться к [6], где сказано, что тепловой элемент защищен от повреждения током к. з., если последовательно с ними включен предохранитель, номинальный ток плавкой вставки которого не превышает 4-кратного тока теплового элемента.
В нашем случае (см. § 5) длительный ток нагревательного элемента 6,3 х 1,25 = 7,87 А, а номинальный ток плавкой вставки 20 А. Отношение 20:7,87 меньше четырех, следовательно, предохранители П8 защищают нагревательные элементы.
Напомним, что поплавковое реле (см. § 5) имеет два контакта. Когда один из них замкнут, другой — разомкнут. Надо решить, какой из них следует ввести в цепь катушки У/, какой — в цепь катушки А У1, и уже в зависимости от этого либо оставить в цепи лампы Л А замыкающий контакт реле АУ1 (см. рис. 7,6), либо заменить его размыкающим. Ответы на эти вопросы будут даны в следующем параграфе, который посвящен анализу схемы. Забегая немного вперед, подчеркнем, что если придется использовать размыкающий контакт реле АУ1 вместо замыкающего, то выбранное в § 5 реле АУ1 типа РПУ-2-362003 надо заменить на реле типа РПУ-2-360203.
Кроме случаев, рассмотренных выше, в работе над схемами может встретиться еще ряд причин, по которым схемы приходится перерабатывать. К ним, например, относятся:
недостаточная коммутационная способность контактов, из-за которой в схему приходится вводить повторители и промежуточные реле с более мощными контактами, гасить коммутационные перенапряжения, принимать меры против искрения и дугообразования;
недостаточное количество контактов у реле и вспомогательных контактов приводов выключателей;
недостаточная термическая (тепловая) стойкость катушек, вынуждающая искусственно уменьшать ток или ограничивать длительность его прохождения;
слишком быстрые (или слишком медленные) переключения одних аппаратов, из-за чего другие аппараты, управляемые их контактами, не успевают совершить необходимые переключения или совершают их больше, чем требуется;
неблагоприятные условия среды (повышенные влажность и температура, запыленность) и т. п.
Наконец, в практике встречаются причины не принципиального характера, по которым, однако, схема может претерпеть очень серьезные изменения. Например, оборудование или провода нельзя разместить там, где предполагалось. Рассчитывали проложить новый кабель, а приходится воспользоваться свободными жилами в действующем кабеле, и этих жил меньше, чем нужно по схеме, и т. п.
Типичный пример целесообразности учета монтажных соображений дан на рис. 8. В схеме на рис. 8, я и б, кроме всего прочего, о чем речь пойдет в § 7, контакты реле РТ, У1 и катушка МП включены по двум вариантам, причем принципиально они совершенно равноценны, так как в обоих вариантах перечисленные элементы в цепь 26—27 введены последовательно. Однако правильной является схема рис. 8,а, в ней контакты РТ и катушка МП изображены именно так, как они соединены на заводе внутри магнитного пускателя, а в цепи 26—27 от магнитного пускателя к реле У1 нужно подвести один провод (выделен жирной линией). Согласно же схеме рис. 8, б 48 между магнитным пускателем и реле У1 нужно проложить два провода (выделены жирными линиями) и, кроме того, произвести пересоединения внутри магнитного пускателя.
Одним словом, при проектировании необходимо своевременно (т. е. до начала выполнения следующего этапа работы) учесть все перечисленные обстоятельства, скорректировать в соответствии с ними принципиальную схему и, только убедившись в том, что она правильна, можно приступить к дальнейшей работе.
