Аппараты для управления и защиты электрооборудования механизмов малой механизации

Содержание Введение

1. Аппаратура управления и защиты

2. Электрооборудование механизмов малой механизации

2.1 Выбор аппаратуры по роду тока, числу полюсов, напряжению, мощности и режиму работы

2.2 Выбор аппаратуры по условиям управления

2.3 Выбор аппаратуры по условиям электрической защиты

2.4 Выбор уставки защитного аппарата

2.5 Выбор напряжения срабатывания реле минимального напряжения

3. Основы электробезопасности Список литературы

Введение

Жизнь современного общества невозможно представить без применения электрической энергии. Все, что необходимо для удовлетворения материальных и духовных потребностей человека: жилище, одежда, пища, промышленные товары, среда транспорта, получение и передача информации — осуществляется с помощью электроэнергии.

Развитие электротехники — области науки и техники, использующей электрические и магнитные явления для практических целей, — наглядно отражает характерные противоречия научно-технического прогресса, тесную взаимосвязь научно-технических проблем с социальными, экономическими и экологическими проблемами.

Успехи современного электротехники явились результатом огромных творческих усилий ученых и инженеров разных стран в исследовании электрических и магнитных явлений с целью их практического применения. Значительный вклад в развитие электротехники был сделан русскими учеными и инженерами (1).

История электротехники определяется почти двумя столетиями своего развития. После изобретения первого электрохимического источники электрической энергии (1800 год) началось изучение свойств электрического тока, были установлены основные законы электрических цепей, созданы разнообразные конструкции электрических машин и приборов, электрические и магнитные явления стали использоваться для практических целей (4). Однако до 70-х годов ХIХ века широкое применение электрической энергии было невозможно из-за отсутствия надежных и экономичных генераторов. Но дальнейшее расширение практических применений электрической энергии требовало изыскания более экономических и эффективных способов ее производства и распределения, а также создания простых и надежных электродвигателей, удовлетворяющих требованиям промышленного электропривода.

Комплексное решение указанных научно-технических проблем оказалось возможным лишь на базе многофазных, в частности трехфазных, систем, разработанных в самом начале 90-х годов ХIХ века, и положивших начало становлению электрификации — нового современного этапа развития электротехники. Электрическая энергия начинает все шире использоваться в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту (2). Электрификация определят степень развития производительных сил, темпы научно-технического прогресса, интенсификацию общественного производства.

Одним из важнейших направлений современного научно-технического прогресса является возможность развития на основе электрификации комплексной механизации и автоматизации производства, включающей внедрение новейших систем машин, оборудования и приборов с применением микропроцессорных средств, и создание на этой базе автоматизированных предприятий и технологических комплексов.

Все эти проблемы невозможно решить без глубокого знания электротехники. Овладение основами электротехнических знаний позволит будущему инженеру наиболее эффективно применять разнообразные электротехнические устройства и приборы в различных отраслях народного хозяйства.

1. Аппаратура управления и защиты Главные функции аппаратуры управления и защиты является:

— включение и отключение электроприемников и электрических цепей;

— электрическая защита их от перегрузки, коротких замыканий, понижения напряжения или самопуска;

— регулирование числа оборотов электродвигателей;

— реверсирование электродвигателей;

— электрическое торможение их.

Аппарат может быть предназначен для выполнения как одной так и нескольких из указанных функций, что определяет его конструкцию и схему соединений (5). Срабатывание аппарата может происходить в результате воздействия оператора или же независимо от оператора, под влиянием физических процессов в электрической цепи. Первые аппараты называют ручными, вторые — автоматическими. Аппараты, у которых одна часть операций происходит автоматически, а другая — в результате вмешательства оператора, называют полуавтоматическими.

Аппараты, служащие только для пуска и остановки двигателей, именуются пусковыми, а предназначенные также и для регулирования скорости, — пускорегулирующими.

По назначению различают пусковые аппараты, осуществляющие:

— включение цепи под напряжение;

— включение цепи под нагрузкой;

— разрыв цепи под нагрузкой;

— разрыв цепи под напряжением, но не под нагрузкой (разъединяющий аппарат).

По режиму работы различают аппараты, предназначенные для работы:

— продолжительной;

— кратковременной;

— повторно-кратковременной.

По исполнению аппараты делятся на:

— открытые, не имеющие специальных приспособлений ни для предохранения от случайного прикосновения к токоведущим частям, ни для предотвращения попадания внутрь посторонних тел;

— защищенные, имеющие приспособления для предохранения от случайного прикосновения к токоведущим частям, а также для предотвращения попадания внутрь посторонних предметов;

— закрытые, у которых внутренняя полость отделены от внешней среды оболочкой, защищающей их внутренние части от проникновения пыли;

— пыленепроницаемые, имеющие оболочку, уплотняющую таким образом, чтобы оно не допускала проникновения внутрь аппарата тонкой пыли;

— маслонаполненные, у которых все нормально искрящие части погружены в масло таким образом, что исключается возможность соприкосновения между этими частями и окружающим воздухом, а неискрящие части заключены в закрытую или непроницаемую оболочку;

— взрывозащищенные, имеющие одно из исполнений, допущенных к применению во взрывоопасных помещениях всех или некоторых классов.

2. Электрооборудование механизмов малой механизации Электрооборудование выбирают исходя из номинальных данных и параметров питающей сети, требований в отношении защиты приемников и сети от ненормальных режимов, эксплуатационных требований, в частности, частоты включений (7).

2.1 Выбор аппаратуры по роду тока, числу полюсов, напряжению, мощности и режиму работы Конструкции всех электрических аппаратов рассчитываются и маркируются заводами-изготовителями на определенные для каждого аппарата значения напряжения, тока и мощности, а также на определенные режимы работы (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный).

Один и тот же аппарат может быть рассчитан на все режимы работы, но при этом его коммуникационная способность будет различна. Особое значение имеет частота включений. Таким образом, выбор аппаратуры по всем этим признакам сводится, по существу, к отысканию на основании данных каталогов соответствующих типов и величин аппаратов.

2.2 Выбор аппаратуры по условиям управления Управлять электроприемником можно дистанционно, автоматически и непосредственно у места его расположения. В зависимости от способа управления выбирают аппарат либо автоматический, приводимый в действие дистанционно от кнопок управления или от разного рода датчиков (магнитные пускатели, контакторы, станции управления, автоматы с электромоторным и электромагнитным приводом), либо неавтоматический, приводимый в действие непосредственно персоналом (рубильники, переключатели, ручные пускатели, автоматы с ручным приводом и др.).

2.3 Выбор аппаратуры по условиям электрической защиты управление защита электрический реле При выборе аппаратов по условиям защиты надо иметь в виду возможность следующих ненормальных режимов:

1. междуфазные короткие замыкания;

2. замыкания фазы на землю (на корпус);

3. увеличение тока, вызванное перегрузкой технологического оборудования, а иногда неполным коротким замыканием;

4. исчезновение или чрезмерное снижение напряжения.

Защита от токов короткого замыкания обязательна для всех электроприемников. Она должна действовать с минимальным временем отключения избирательности (селективности). При этом защита должна обеспечивать отключение аварийного участка при коротких замыканиях в конце защищаемой линии:

— однои многофазных — в сетях с глухозаземленной нейтралью;

— двухи трехфазных — в сетях с изолированной нейтралью.

Защиту от коротких замыканий в линиях переменного и постоянного тока надо предусматривать:

— в установках с заземленной нейтралью — во всех фазах или полюсах;

— в установках с изолированной нейтралью при защите плавкими предохранителями — во всех фазах или полюсах, а при защите автоматическими выключателями — не менее чем в двух фазах или в одном полюсе.

При этом в пределах одной и той же установки защиту следует осуществлять в одних и тех же фазах или полюсах.

Защита от перегрузки необходима в случаях, когда возможна систематическая перегрузка механизма по технологическим причинам, а также тогда, кода при особо тяжелых условиях пуска или самопуска необходимо ограничить длительность пускового периода при пониженном напряжении. Защита должна осуществляться либо с выдержкой времени на отключение механизма, либо, если возможно, на сигнал или на разгрузку механизма (6).

Необязательна защита от перегрузки электродвигателей тех механизмов, у которых перегрузка по технологическим причинам невозможна или маловероятна (центробежные насосы, вентиляторы и т. п.). Она необязательно также для электродвигателей, работающих в кратковременном и повторно-кратковременном режимах.

Защиту от перегрузки допускается устанавливать в двух фазах или в одном полюсе, независимо от того, заземлена нейтраль или изолирована.

Защита минимального напряжения должна предусматриваться:

— для электродвигателей, включение которых в сеть при полном напряжении недопустимо;

— для электродвигателей, самопуск которых недопустим по технологическим причинам или представляет опасность для обслуживающего персонала;

— для прочих электроприемников, отключение которых при прекращении питания необходимо для того, чтобы понизить до допустимой величины суммарную пусковую мощность подключенных к сети электроприемников, и возможно с точки зрения условий работы механизмов;

— для электродвигателей постоянного тока, которые не допускают непосредственного включения в сеть.

Электродвигатели постоянного тока с параллельным и смешанным возбуждением должны иметь, кроме того, защиту от чрезмерного повышения числа оборотов в случаях, кода такое повышение опасно для жизни людей или грозит значительными убытками. Защиту от чрезмерного повышения числа оборотов осуществляют различными специальными реле (центробежными, индукционными и т. п.).

Специальные защиты от работы электродвигателей на двух фазах допускается применять в порядке исключения на тех электродвигателях, защищенных от коротких замыканий предохранителями и не имеющих защиты от перегрузки, в отношении которых имеется повышенная вероятность потери одной фазы и, как следствие, выхода электродвигателя из стоя с особо тяжелыми последствиями. Применение такой защиты оправдано, например, если электродвигатель работает в длительном режиме и с большой загрузкой без постоянного наблюдения персонала (когда обрыв фазы сразу не выявляется, но неизбежно приводит к повреждению электродвигателя) и при этом невозможно повысить надежность работы предохранителей путем их заглубления из-за малых кратностей токов короткого замыкания, а повреждение данного электродвигателя влечет за собой существенный ущерб для технологического процесса или связано с особо сложными работами по замене и ремонту электродвигателя. Установка защиты от работы на двух фазах допускается, как правило, только на основе технико-экономических обоснований.

2.4 Выбор уставки защитного аппарата Для надежной работы защитного аппарата необходимо выполнение трех основных требований.

Требование 1. Для того чтобы исключить произвольное отключение электроприемника или участка сети, номинальный ток плавкой вставки или расцепителя любого типа по нагреву не должен быть менее номинального тока электроприемника или расчетного ток участка сети :

или (1)

или (2)

Требование 2. Для того чтобы электроприемник или участок сети не отключался при пуске или при нормальных кратковременных перегрузках, надо соблюдать следующие условия:

1. для предохранителей ток плавкой вставки должен отвечать выражению:

(3)

2. для автоматов всех типов уставка теплового расцепителя должна быть проверена по защитной характеристике на время срабатывания в зоне перегрузке, а уставка электромагнитного расцепителя — по условиям отстройки от пусковых токов;

3. для автоматов с электромагнитными расцепителями по условиям перегрузки выбирают аналогично, но значения коэффициента К принимают независимо от условий пуска.

Требование 3. Уставки защитных аппаратов должны быть проверены на селективность отключения, чтобы при каждом нарушении нормального режима отключался только поврежденный участок, но не срабатывали защитные аппараты в высших звеньях сети. Проверку производят по защитным характеристикам. При токах, превышающих пусковые, сначала должен отключаться предохранитель или автомат и только после этого магнитный пускатель (или контактор).

2.5 Выбор напряжения срабатывания реле минимального напряжения Напряжение срабатывания реле минимального напряжения с выдержкой времени определяют из выражений:

1. для асинхронных электродвигателей:

;

2. для синхронных электродвигателей:

где — номинальное напряжение двигателя, в;

— номинальное напряжение сети, в;

— отношение моментов;

— коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

У электродвигателей, участвующих в режиме самопуска, напряжение срабатывания защиты минимального напряжения не должно быть ниже остаточного напряжения на шинах подстанции в режиме самопуска. У синхронных электродвигателей с форсировкой возбуждения, имеющих, как правило, повышенный момент в режиме форсировки, напряжение срабатывания определяется выражением:

. (4)

3. Основы электробезопасности Аппараты управления могут быть встроены непосредственно в технологические механизмы, установлены около них или размещены в отдельных электропомещениях.

Многие механизмы выпускаются комплектно со встроенной аппаратурой управления и защиты, в частности, металлообрабатывающие станки.

В таких случаях вопрос о выборе аппарата и размещении его сам по себе отпадает. Невстроенные аппараты ручного управления, как правило, надо располагать около механизмов. Аппараты, допускающие электрическое дистанционное управление (магнитные пускатели, контакторы) можно устанавливать как непосредственно у механизмов, так и вдали от них. Выбор способа размещения аппаратов управления зависит от ряда обстоятельств, главнейшими из которых являются:

1. условия окружающей среды;

2. система управления технологическими механизмами (местное, централизованное, автоматизированное);

3. система построения электрической сети (радиальная, магистральная).

Это делает выбор способа размещения аппаратуры управления задачей конкретного проектирования.

При местном управлении в помещениях с нормальной средой аппараты управления целесообразно размещать в непосредственной близости от электроприемников, так как при этом сети получаются более простыми и дешевыми.

В условиях пыльной, влажной и пожароопасной среды может оказаться целесообразным аппараты управления принять в открытом или защищенном исполнении и разместить их централизованно, в специально выделенных электропомещениях.

В условиях взрывоопасной и химически активной среды установка аппаратов управления в специальной изолированных электропомещениях может оказаться даже необходимой (8). В системах централизованного управления, снабженных электрической блокировкой, и особенно в системах автоматизированного управления, установка аппаратов управления в специально выделенных электропомещениях становится целесообразной во всех случаях. При этом увеличивается срок службы аппаратов, повышается безопасность и надежность обслуживания, появляется возможность использовать более простую и компактную аппаратуру управления, сократить и упростить контрольные цепи.

1. Андреев В. П., Сабинин Ю. А. Основы электропривода. — М.: Госэнергоиздат, 1963.

2. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. — М.: Высшая школа, 1978.

3. Бенерман В. И., Ловцкий Н. Н. Проектирование силового электрооборудования промышленных предприятий. — Л.: Энергия, 1967.

4. Борисов Ю. М., Липатов Д. Н. Общая электротехника. — М.: Высшая школа, 1974.

5. Вешеневский С. Н. Расчет характеристик и сопротивлений для электродвигателей. — М.: Госэнергоиздат, 1954.

6. Голован А. Т. Основы электропривода. — М.: Госэнергоиздат, 1959.

7. Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники. — М.: Высшая школа, 1980.

8. Королькова В. И. Электробезопасность на промышленных предприятиях. — М.: Оборонгиз, 1956.

9. Попов В. К. Основы электропривода. — М.: Госэнергоиздат, 1951.