§ 17. АППАРАТЫ НИЗКОГО
НАПРЯЖЕНИЯ
К аппаратам низкого напряжения относят устройства, работающие в электрических
сетях до 600 В. Среди них различают коммутационные аппараты, аппараты защиты,
пусковые и регулировочные резисторы, реле различного назначения.
Рубильники
— это простейшие ручные коммутационные аппараты
Рубильники могут быть одно-, двух- и трехполюсными. Их основные
элементы (рис. 77): контакты, дугогасительное устройство,
привод.
Контактные ножи 4 рубильника могут шарнирно поворачиваться в нижнем
контакте 1 и при включении зажимаются в пружинящих губках 2
верхних контактов. Рубильники могут иметь центральную или боковую рукоятку 3
или рычажный привод. Для гашения дуги используют дугогасительные контакты 5
и специальные дугогасительные камеры.
Пакетные выключатели
— устройства, используемые в сетях с напряжением до 380 В и токами до 100 А и
предназначенные для переключений, производимых одновременно в нескольких
электрических цепях.
 |
|
Рис. 77. Устройство рубильника
|
Они состоят из нескольких малогабаритных однополюсных выключателей 3,
расположенных на общей оси 2 один над другим и управляемых с помощью
общей рукоятки 1 (рис. 78). В одной плоскости с подвижными контактами
5 размещают фибровые дугогасительные шайбы, вращающиеся вместе с контактами.
Приводной механизм при повороте рукоятки переводит подвижные контакты из одного
фиксированного положения в другое, замыкая их с неподвижными контактами 4
(или размыкая их).
Предохранители
— устройства для зашиты электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий.
Отключающим элементом предохранителей является плавкая вставка
— проволока или металлическая пластинка, которая расплавляется при протекании по
ней тока, опасного для защищаемой сети.
На рис. 79 представлено устройство разборного трубчатого предохранителя.
Он состоит из трубки 2 с фиброй, навинчивающихся колпаков 1,
контактных ножей 4. Внутри трубки к ножам подсоединена плавкая вставка
3.
 |
|
 |
|
Рис. 78. Устройство пакетного выключателя
|
|
Рис. 79. Устройство плавкого предохранителя
|
При перегорании вставки под влиянием высокой температуры небольшая часть фибры
разлагается и в закрытом корпусе развивается давление газов до 100 атмосфер.
Возникшая дуга быстро гаснет.
В предохранителях другого типа плавкая вставка заключена в корпус, заполненный
кварцевым песком, что также способствует быстрому гашению дуги.
Обычно один и тот же предохранитель можно использовать с плавкими вставками на
разные номинальные токи.
Номинальный ток предохранителя
— это наибольший из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для
данной конструкции предохранителя.
► После отключения цепи заменяют или перегоревшую
вставку, или весь предохранитель.
Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая
способность, небольшая стоимость обеспечили предохранителям широкое применение.
Предохранители низкого напряжения изготовляют на токи от миллиампер до тысяч
ампер и на напряжения до 660 В.
Автоматические воздушные выключатели (автоматы)
— это аппараты, служащие для автоматического размыкания электрических цепей при
нарушении нормального режима их работы, а также для нечастых замыканий и
размыканий цепей в нормальных условиях.
В автоматах имеются эффективная система гашения дуги (дугогасительные катушки и
решетки) и механизм свободного расцепления (система шарнирно-связанных рычагов).
Этот механизм приводится в действие биметаллическим тепловым (реагирующим на
перегрузку) или электромагнитным (реагирующим на ток короткого замыкания, или
снижение напряжения) элементом и производит быстрое отключение цепи. Включать и
отключать автоматы можно как вручную, так и дистанционно.
На рис. 80 показана схема устройства автомата максимального тока. Когда ток I
становится больше заданного значения, электромагнит 6, притягивая якорь
5, преодолевает усилие противодействующей пружины 4 и освобождает
защелку 3. Под действием возвратной пружины 1
происходит быстрое размыкание контактов 2.
Резисторы
— устройства, предназначенные для ограничения или регулирования тока и
напряжения.
Их используют в качестве пусковых, тормозных,
регулирующих, разрядных сопротивлений в электрических цепях
низкого напряжения, электроприводов и других электроприемников. Резисторы
изготовляют из материалов с высоким сопротивлением в широком диапазоне их
номинальных значений (от единиц ом до десятков килоом) и допустимых токов (от
единиц до сотен ампер).
Конструкции резисторов разнообразны. Наиболее распространенными из них являются:
трубчатые резисторы (рис. 81, а), выполненные из проволоки нихрома
или константана на теплоемком керамическом или фарфоровом каркасе и покрытые
эмалью для улучшения теплоотдачи; резисторы рамочной конструкции
(рис. 81, б), в которых проволока или лента из константана или фехраля
намотана на фарфоровые изоляторы, закрепленные на ребрах стальных пластин
держателя (из таких резисторов можно комплектовать «ящики сопротивления», обычно
используемые в силовых цепях электроприводов); чугунные литые (рис. 81, в)
и стальные (рис. 81, г), штампованные
из электротехнической стали, резисторы. Чугунные литые и стальные штампованные
резисторы собирают в ящики в виде пакетов на изолированных стержнях.
 |
|
Рис. 80. Устройство автомата максимального тока
|
 |
|
Рис. 81. Резисторы с подвижным контаком (а),
рамочной конструкции (б), чугунный литой (в),
штампованный из электротехнической стали (г)
|
Реостаты
— аппараты, состоящие из резисторов и устройств для регулирования сопротивления
и предназначенные для непрерывного изменения сопротивления.
В металлических реостатах (рис. 82) непрерывного изменения сопротивления
это осуществляют за счет скольжения пружинящего контакта 1 по резистору
2, намотанному на направляющий токоведущий стержень 3 (или на кольцо
в реостате с круговым движением рукоятки).
В реостатах со ступенчатым изменением сопротивления щетка плоского
переключателя ступеней скользит по неподвижным контактам, связанным с набором
резисторов.
 |
|
 |
|
Рис. 82. Вид реостата с ползунком
|
|
Рис. 83. Схема контактного элемента кулачкового
контроллера
|
В жидкостных реостатах сопротивление плавно регулируется изменением
глубины погружения электродов в электролит.
Контроллеры
— коммутационные аппараты ручного управлении с большим числом контактных
элементов.
Контроллеры служат для пуска, реверса и регулирования частоты вращения
двигателей. Различные схемы соединения получают поворотом рукоятки контроллера
на определенный угол.
На рис. 83 приведена схема контактного элемента наиболее распространенной
конструкции силового кулачкового контроллера. Воздействие на контактный
рычаг 4 передается от приводного вала 5 через фигурный кулачок
6 и ролик 7. Пружина 3 обеспечивает необходимое сжатие
контактов 1 и
2 при включении, пружина 8 — возвратная.
Командоконтроллеры
— аппараты для дистанционного управления мощными электродвигателями.
Их используют для включения и отключения катушек контакторов и других аппаратов.
Устройство командоконтроллеров аналогично устройству силовых контроллеров. В них
может иметься двигательный привод, и тогда их называют программными реле.
Универсальные переключатели — устройства для переключения
большого числа цепей управления.
Они бывают различных типов и серий и отличаются друг от друга числом секций,
диаграммой замыкания контактов, числом фиксированных положений и углом поворота
рукоятки.
Кнопки управления,
часто объединяемые в кнопочные посты, а также
путевые
и конечные выключатели,
— это командоаппараты, которые используются для переключений в цепях управления.
Путевые и конечные выключатели широко применяют в металлорежущих станках и
подъемно-транспортных устройствах. Все подобные элементы должны иметь высокую
износостойкость, оцениваемую обычно сотнями тысяч циклов.
► Широкие возможности для повышения износостойкости и
точности работы командоаппаратов дает применение магнитоуправляемых контактов
(рис. 84).
Принцип действия такого контакта основан на том, что постоянный магнит 1,
связанный с механизмом, приводит к срабатыванию магнитоуправляемого контакта
2 в зависимости от положения механизма. Полюсные башмаки 3 и 4
служат для повышения точности срабатывания аппарата.
Электромагнитные контакторы
— электрические аппараты, предназначенные для включения и отключения силовых
целей с помощью электромагнитов.
 |
|
Рис. 84. Схема путевого выключателя с
применением магнитоуправляемого контакта
|
Электромагнитный контактор состоит из втягивающей катушки, подвижного якоря,
системы главных контактов, устройства для дугогашения и часто снабжается
комплектом вспомогательных блок-контактов. Главные контакты рассчитаны на
включение и отключение относительно больших токов (до 1000 А). Втягивающие
катушки, рабочий ток которых невелик, включаются и отключаются дистанционно.
Устройство контактора постоянного тока показано на рис. 85. При появлении
тока возбуждения в обмотке 9 главные контакты 3
замыкаются под действием пружины 5 из-за притяжения якоря 6
с рычагом 4 к ярму 8. Размыкание контактов происходит под
воздействием пружины 7. В конструкции используется дугогасительная камера
1 с решеткой из медных пластин 2, улучшающих теплоотвод от дуги.
Позиция 10 соответствует токовым вводам.
Электромагнитные контакторы переменного тока используют в магнитных
пускателях, комплектных устройствах, состоящих из трехполюсного контактора, двух
тепловых реле, кнопок управления и предназначенных для дистанционного управления
и защиты от перегрузок асинхронных двигателей.
 |
|
Рис. 85. Устройство контактора постоянного тока
|
Основными величинами, характеризующими контактор, помимо номинальных тока
и напряжения являются времена срабатывания и
отпускания, а также напряжение втягивающей катушки.
Реле
— устройства, в которых при достижении определенного значения входной величины
выходная величина изменяется скачком.
► Входной величиной для реле могут быть механические,
тепловые, электрические и другие внешние воздействия.
Реле используются для защиты электрических цепей, а также для выполнения
логических и измерительных функций в системах управления.
Реле защиты электрических цепей срабатывают при нарушении нормального
режима работы либо отключая поврежденный участок, либо восстанавливая нормальный
режим работы.
Широкое распространение получили электрические реле защиты (электромагнитные,
магнитоэлектрические, электродинамические, индукционные), которые реагируют на
изменение тока в обмотке управления. У первичных реле обмотка включается
непосредственно в основную цепь защищаемого объекта, у вторичных
— во вторичные цепи измерительных трансформаторов тока и напряжения.
Рассмотрим принципиальную схему защиты приемника электроэнергии с помощью
реле максимального тока, представленную на рис. 86.
Включение питания приемника производится силовыми контактами контактора К,
катушка которого подключается к источнику при замыкании кнопки Кн2.
Блокировочный контакт К шунтирует кнопку Кн2, что позволяет
отпустить ее после кратковременного нажатия. Отключается приемник при нажатии на
кнопку Кн1, которая разрывает цепь питания катушки К. Реле
максимального тока РI, катушка которого включена
последовательно в контролируемую цепь, срабатывает, если ток в этой цепи
превышает допустимые значения. При этом размыкается контакт РI
в цепи управления. Катушка контактора К обесточивается, контакты его в
силовой цепи и цепи управления размыкаются. Прекращается подача тока к
приемнику, и для его включения следует снова нажать кнопку Кн2.
 |
|
Рис. 86. Схема включения реле максимального
тока для защиты приемника электроэнергии
|
В наиболее распространенной конструкции реле максимального тока между полюсами
электромагнита помещен якорь из магнитомягкого материала. В отсутствие тока в
обмотке реле пружина удерживает якорь в таком положении, что управляющие
контакты реле разомкнуты. Когда ток в обмотке превысит допустимые значения,
электромагнитная сила станет больше силы противодействия пружины, якорь
повернется, контакты замкнутся, выдавая сигнал в цепь управления. Изменяя
поводком, связанным с пружиной, силу ее противодействия, можно менять настройку
реле на требуемый ток срабатывания (уставку реле) в соответствии со
шкалой указателя.
Для защиты электроприемников от перегрузки часто применяют тепловое реле
(рис. 87). Оно состоит из биметаллической (состоящей из двух разнородных
металлов) пластины 2, которая находится в тепловом поле нагревателя 1,
включенного последовательно с приемником, и из контактов 4. Если
контролируемый ток I
больше допустимого, то через некоторое время, нагревшись, биметаллическая
пластина изогнется (в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного
расширения). Пластина 2 освобождает защелку 3, которая под
действием пружины 4 повернется и разомкнет контакты 5 в цепи
управления электроприемника.
 |
|
 |
|
Рис. 87. Схема устройства теплового реле
|
|
Рис. 88. Устройство промежуточного реле
клапанного типа
|
Для размножения электрических сигналов, а также выполнения логических операций в
схемах релейно-контакторного управления используют
электромагнитные промежуточные реле. Конструкции их многообразны. Чаще
всего применяются реле клапанного типа
(рис. 88). Контактная система 1 такого реле содержит несколько пар
контактов, коммутирующих разные цепи. В магнитной цепи реле имеется центральный
сердечник (ярмо) 4. обмотка возбуждения 5, включенная в цепь
управляющего сигнала Iу, и якорь 3, который при
движении к ярму 4 посредством траверсы 2 замыкает контактные
группы ab,
cd, ef.
В схемах управления и защиты часто требуется, чтобы срабатывание аппаратов
происходило через определенный промежуток времени после подачи управляющего
воздействия. Для этого используют реле времени, в которых выдержка
времени может создаваться с помощью часового механизма или электромагнитным
путем.
В электромагнитных реле времени из-за токов, наводимых в специальной
короткозамкнутой обмотке, магнитный поток возрастает и спадает медленнее, чем и
создается необходимая выдержка времени на срабатывание или отпускание.
