Рубильники, пакетные выключатели, кнопки. Устройство, обозначение, принцип действия, схемы включения.

1. Электрические аппараты ручного управления

Назначение и классификация

Определение. Рубильники — это простейшие аппараты ручного управления, которые используются в цепях переменного тока при напряжении до 660 В и постоянного тока при напряжении до 440 В.

Кроме рубильников, к коммутационным аппаратам ручного управления относят рубильники, переключатели, пакетные выключатели, универсальные переключатели, контроллеры. Эти аппараты служат для включения и отключения, а переключатели — для переключения электрических цепей постоянного и переменного тока при номинальной нагрузке.

По количеству полюсов рубильники подразделяются на одно-, двухи трехполюсные (рис. 14).

Рис. 14. Однополюсный рубильник с дугогасительной камерой

Рис. 15. Конструкция рубильников

По роду тока управления бывают с центральной и боковой рукояткой, по способу присоединения — с передней и задней стороны аппарата.

Рубильники с центральной рукояткой служат в качестве разъединителя, т. е. отключают предварительно обесточенные электрические цепи, а с боковой рукояткой и рычажными приводами — отключают цепи под нагрузкой (рис. 15).

Буквенные обозначения рубильников

Рассмотрим буквенные обозначения рубильников. Первая буква: Р — рубильник; П — переключатель.

Вторая буква: П — переднее присоединение проводов; Б — с боковой рукояткой; Ц — с центральным рычажным механизмом.

Цифры обозначают: первые (1, 2 и 3) — число полюсов, вторая — номинальный ток (1 — 100 А, 2 — 250 А, 4 — 400 А и 6 — 600 А).

Особенности конструкции рубильников и переключателей

Рубильники и переключатели с боковой рукояткой и с рычажным приводом выпускают как с дугогасительными камерами, так и без них. Рубильники с центральной рукояткой выпускают без дугогасительных камер с искрогасительными контактами.

Плотность прилегания контактных поверхностей ножа и губок обеспечивается за счет пружинящих свойств материала губок (у рубильников до 100 А) и за счет стальных пружин (у рубильников более 200 А).

Для предохранения ножей от оплавления дугой при отключении рубильники на большие токи выполняют с искрогасительными или дугогасительными контактами. Искрогасительные контакты, которыми снабжены ножи, при отключении отходят от губок под действием своих пружин независимо от скорости движения рукоятки и привода рубильника.

Дугогасительные контакты рубильников расположены открыто или внутри дугогасительных камер. Они служат для обеспечения быстрого гашения электрической дуги и исключения переброса ее на соседние

токопроводящие или заземленные конструкции распределительного устройства.

Переключатели перекидные имеют такое же конструктивное устройство, что и рубильники, и служат для коммутации электрических цепей. В некоторых конструкциях рубильники совмещают с предохранителями или используют предохранители в качестве ножей. Такая конструкция, позволяющая выполнять функции коммутации и защиты, называют

блоком предохранитель-выключатель.

В целях безопасности для обслуживающего персонала рубильники заключают в металлический защитный кожух.

Ящики силовые с рубильниками

В отличие от обычных рубильников силовые ящики позволяют выполнять одновременно функции коммутации и защиты. Силовой ящик имеет металлический корпус с дверью, внутри которого установлен один из коммутационных аппаратов в сочетании с предохранителями или без них.

Определение. Силовые ящики — это ящики с рубильником, рубильником и предохранителями, предохранителями, выключателем, переключателем и с блоком «предохранитель-выключатель», предназначенные для коммутации и защиты линий электрических сетей напряжением до 500 В.

Силовые ящики изготовляют в защищенном, закрытом (пыленепроницаемом), водозащищенном и взрывобезопасном исполнениях.

Внимание. Безопасность обслуживания силовых ящиков обеспечивается блокировкой, препятствующей открыванию двери ящика при включенном рубильнике или блоке и их включению при открытой двери.

Блоки предохранитель-выключатель (БПВ) обеспечивают отключение номинальных токов и защиту цепей от токовых перегрузок и коротких замыканий. При вращении рукоятки в этом блоке перемещается траверса с установленным на ней предохранителем, и контакты аппарата размыкаются.

Наличие двух разрывов на полюс обеспечивает отключение номинальных токов до 350 А при переменном напряжении до 550 В. Для отключения номинального постоянного тока 350 А при напряжении до 440 В разрывы снабжаются дугогасительными деионными решетками.

Съем патрона с перегоревшей вставкой возможен только в отключенном положении БПВ после освобождения специальной защелки.

Электрическая износостойкость аппарата — 2500 циклов, а механическая — 500 циклов.

Одной из серий ящиков с БПВ являются:

- ящики серии ЯБПВ — в защищенном исполнении;

- ящики ЯБПВУ в закрытом (пыленепроницаемом) исполнении для сетей переменного тока напряжением до 380 В.

В этих ящиках применены блоки типа БПВ (для ящиков закрытого исполнения ЯБПВУ, конструктивно незначительно отличающихся от блоков БПВ).

Ящики типа ЯБП, ЯБПВУ предназначены для защиты линий и нечастой коммутации электрических цепей. В качестве ножей в силовых ящиках используются плавкие предохранители серии ПН-2.

Эксплуатация и ремонт рубильников

Наиболее часто у рубильников обгорают контактные ножи и губки. При незначительном обгорании поверхности касания контактные ножи и губки рубильников можно зачистить напильником и стеклянной бумагой.

Совет. Наждачную бумагу применять не рекомендуется, так как наждачная пыль покрывает контактную поверхность и увеличивает переходное контактное сопротивление.

При сильном обгорании нужно заменить контактные ножи и губки.

Если ножи рубильников входят в губки контактов неплотно, то губки необходимо подогнуть, чтобы плотное прилегание их было по всей поверхности.

При сильной разработке мест вращения ножей можно их рассверлить на большие отверстия и вставить втулки с отверстиями по диаметру валика.

Чтобы ножи рубильника не перекашивались, необходимо хорошо затягивать болты, крепящие их к перекладине. Пружины контактов должны обеспечивать одновременное и резкое мгновенное размыкание ножей.

После ремонта необходимо проверить изоляцию токоведущих частей, провести чистку и окраску деталей рубильника.

2. Пакетные выключатели и переключатели

Пакетные выключатели

Пакетные выключатели (рис. 16) служат для включения и отключения электрических цепей постоянного и переменного тока до 100 А при напряжении 220 В и до 60 А — при напряжении 380 В.

Пакетные выключатели и переключатели значительно компактнее рубильников. Пакетные выключатели монтируются с выводом на панель только рукоятки, что обеспечивает безопасность работы обслуживающего персонала.

Пакетный выключатель состоит из переключающего механизма и контактной группы; клеммы, несколько неподвижных контактов выступают из корпуса. Подвижные контакты находятся внутри корпуса на втулке квадратного сечения, выполненной из изоляционного материала. Корпус набирается из изоляционных шайб, соединенных между собой стягивающими шпильками. Подвижные контакты поворачиваются рукояткой через пружинный механизм быстрого переключения.

При повороте рукоятки вначале заводится пружина механизма быстрого переключения. Когда усилие, действующее от рукоятки на фигурную шайбу, возрастает до определенной величины, шайба очень быстро поворачивается на четверть оборота до следующего упора в верхней крышке.

Упоры в крышке расположены под углом °. Втулка квадратного сечения, на которой укреплены подвижные контакты, соединена с фигурной шайбой. Одновременно с быстрым поворотом фигурной шайбы происходит поворот подвижных контактов. Последние укреплены в пластинах из фибры, которые выполняют функцию направляющих и обеспечивают быстрое гашение возникающей дуги.

Рис. 16. Устройство пакетного выключателя

Фибра под воздействием высокой температуры выделяет большое количество газов. Давление их увеличивается, в результате чего происходит движение газов через щели пакета. Свежий, неионизированный воздух, поступающий внутрь выключателя, способствует быстрому гашению дуги.

Пакетные выключатели выпускают на токи 10 и 25 А при напряжении 220 В в одно-, двухи трехполюсном исполнениях. Последние применяют для включения трехфазных асинхронных двигателей (например, в универсальных приводах).

В трехполюсном пакетном выключателе три подвижных контакта расположены между четырьмя изоляционными шайбами. Эти же пакетные выключатели могут применяться и при напряжении 380 В, но допустимая величина тока для них снижается соответственно до 6 и 15 А.

При номинальных величинах тока и напряжения и коэффициенте мощности 8,0 пакетные выключатели выдерживают 20 тысяч переключений. Частота переключений не должна превышать 300 в час.

Для удобства подключения проводов неподвижные контакты расположены не по образующей, а сдвинуты относительно друг друга. Клеммы одного контакта расположены между одними и теми же шайбами диаметрально противоположно. Провода от приемника принято подключать к клеммам, расположенным по разные стороны шпилек.

Поворачивая рукоятку пакетного выключателя на °, можно включать и отключать приемник. Из четырех положений рукоятки пакетного выключателя два соответствуют включенному и два отключенному состоянию приемника.

Пакетные переключатели

Кроме пакетных выключателей, широко применяются и пакетные переключатели. В пакетном переключателе только одно положение соответствует отключенному состоянию приемника, а три остальных — включенному различными способами.

На рис. 17 изображена схема включения трехскоростного двигателя М пакетным переключателем Q. Четырехпозиционный пакетный переключатель имеет шесть подвижных контактов. Одна позиция (0) соответствует отключенному состоянию двигателя. В статоре двигателя уложено две обмотки, одна из которых соединена в звезду, а другая может переключаться с соединения треугольником на двойную звезду.

Согласно схеме в положении 1 рукоятки двигатель подсоединяется к сети клеммами 3С1, 3С2, 3С3. В статоре двигателя создается вращающееся магнитное поле с тремя парами полюсов. Синхронная частота вращения двигателя (частота вращения магнитного поля) равна 1000 об/мин.

Рис. 17. Схема включения пакетным переключателем трехскоростного электродвигателя

На соединение левых клемм переключателя с правыми указывают точки с линиями, изображенные по вертикали под цифрами, соответствующими положениям рукоятки переключателя. В положении 1 рукоятки переключателя верхняя левая клемма соединяется с клеммой 3С1 двигателя, средняя левая клемма — с клеммой 3С2, а нижняя левая — с клеммой 3С3.

В положении 2 рукоятки переключателя соединяются верхняя левая клемма с клеммой 2С1 двигателя, средняя левая клемма — с клеммой 2С2 и нижняя левая клемма — с клеммой 2С3. Двигатель включается в треугольник с образованием двух пар полюсов и получением синхронной частоты вращения 1500 об/мин.

В положении 3 рукоятки наряду с соединением левых клемм переключателя с клеммами 1С1, 1С2, 1С3 двигателя происходит соединение клемм 2С1, 2С2 и 2С3 друг с другом. Этим обеспечивается соединение обмотки в двойную звезду с образованием одной пары полюсов и получением синхронной частоты вращения 3000 об/мин.

Трехполюсный пакетный переключатель

Трехполюсный пакетный переключатель от трехполюсного рубильника отличается тем, что подвижные контакты (ножи) имеют не одно, а два замкнутых положения. Ножи могут замыкаться с тремя левыми и тремя правыми неподвижными контактами.

Такие переключатели применяются для включения трехфазных двигателей и изменения направления их вращения (реверсирования). Этого достигают переключением двух токоподводящих проводов.

Пакетные выключатели и переключатели со степенью защиты IP56 производятся в негорючем, противоударном пластмассовом корпусе.

3. Аппараты для коммутации цепей управления

Назначение

Коммутация цепей управления — более частая операция, чем коммутация силовых цепей. Работа любой машины или установки начинается с выбора режима работы, способа управления, подключения необходимых приводов, вспомогательных устройств (смазки, охлаждения, подачи и т. д.), а также систем контроля, сигнализации и регистрации.

Для всех этих операций используют включатели и переключатели различных исполнений, расположенные на панелях, постах и пультах управления. Это однои многоцепные аппараты с двумя и более положениями. Коммутация цепей управления для включения и отключения релейно-контакторной аппаратуры осуществляется кнопками управления.

Примечание. Пакетные переключатели, используемые для коммутации цепей управления, — это такие же аппараты, как и для силовых цепей, но имеющие меньшие габаритные размеры.

Устройство универсальных переключателей

Конструкции пакетных переключателей, предназначенных для цепей управления, позволяют получить разнообразные схемы соединений (до 220 вариантов) при числе коммутируемых цепей до 24 (12 пакетов) и количестве фиксированных положений от 2 до 8 (через 45, 60 или °).

Имеются переключатели с самовозвратом в исходное положение, т. е. без фиксации переключенного положения.

Примечание. Особенность универсальных переключателей — запирающее (на ключ) устройство, что исключает бесконтрольное переключение.

Конструктивно универсальные переключатели имеют однотипные пластмассовые секции (по числу пакетов) с контактными узлами, собранные на общем валу, и общий механизм фиксации. Подвижные контакты каждой секции перемещаются кулачками, установленными на общем валу.

Наиболее распространенными переключателями цепей управления являются аппараты серий ПКУ-2 и ПКУ-3. Номинальный (длительный) ток переключателей серии ПКУ-2 — 6 А (при 380 В переменного тока и 220 В постоянного тока), а для переключателей серии ПКУ-3 –10 А (при 500 В переменного тока и 220 В постоянного тока).

Коммутационная способность этих переключателей под нагрузкой определяется значениями рабочих напряжений и индуктивностью коммутируемых цепей (cos j для переменного тока и постоянной времени для постоянного тока).

Конструктивная особенность переключателей серии ПКУ-3 — наличие нескольких исполнений со встроенным замком, съемным ключом — рукояткой и устройством, запирающим рукоятку переключателя навесным замком.

Универсальные переключатели схем управления серий УП5100, УП5300 и другие аналогичных типов также выполняют наборными из контактных секций, коммутация которых производится кулачками, установленными па общем валу. Универсальность этих переключателей достигается за счет большого числа вариантов схем соединений (до 300) при числе коммутируемых цепей от 2 до 48 и положений 2–10 (фиксированных и нефиксированных под углами 45, 60, и 180°).

Номинальный ток переключателей 12 А при напряжении 500 В переменного или 440 В постоянного тока, т. е. по основным электрическим параметрам эти переключатели превосходят другие аналогичные аппараты.

Универсальные переключатели выполняют открытыми, в кожухе, влагозащищенными и взрывозащищенными. Рассмотренные переключатели (пакетные, кулачковые и универсальные) коммутируют цепи управления с относительно большими токами (до 12 А), и поэтому они по габаритным размерам близки к аппаратам для коммутации силовых цепей.

Примечание. Сложность современных систем управления обусловливает применение большого числа различных переключателей, расположенных на панелях и пультах управления, поэтому габаритные размеры аппаратов становятся определяющим фактором при их выборе.

Широкое использование в схемах элементов автоматики требует применения таких переключателей, контакты которых обеспечивали бы надежное прохождение слабых токов (миллиили микроамперы) при пониженных значениях напряжении (24, 12 В и ниже).

Рассмотренные выше переключатели, как правило, такими свойствами не обладают, так как их контакты имеют значительные переходные сопротивления. Этим требованиям удовлетворяет так называемая слаботочная аппаратура радиоэлектроники с биметаллическими или серебряными контактами, обеспечивающими надежное прохождение слабых токов при пониженных напряжениях.

Переключатели для фланцевого монтажа

Промежуточное положение между пакетными переключателями управления общепромышленного исполнения и аппаратурой радиоэлектроники занимают переключатели серий ПУ, ПЕ и тумблеры.

Эти переключатели предназначены, как правило, для фланцевого монтажа на панелях пультов управления (кольцо перед панелью и гайка за панелью). Они имеют два или три положения, замыкая до четырех цепей при различных комбинациях контактов.

На рис. 18, а показано устройство тумблера и наиболее распространенные схемы его использования в качестве двухпозиционного переключателя (рис. 18, б) или выключателя (рис. 18, в).

Мостиковый контакт, выполненный в виде токопроводящего ролика, замыкает одну из двух пар неподвижных контактов. Переключение контактов тумблера осуществляется воздействием на рычаг, а ускорение срабатывания (мгновенное действие) обеспечивается цилиндрической пружиной. Номинальный ток тумблеров 1 и 2 А при напряжении 220 В, масса не превышает 30 г.

Переключатели серий ПУ и ПЕ — аппараты с поворотным механизмом привода на два или три положения. Интерес представляют переключатели с выемным ключом-рукояткой, так как их применение исключает возможность бесконтрольного управления.

Номинальный ток переключателей 5 А при напряжении 220 В переменного тока и 1 А при 110 В постоянного тока. Такими переключателями:

- блокируют подачу напряжения в схему управления;

- запирают вводные аппараты;

- изменяют режимы и способы управления и т. п.

Предусмотрена возможность запирания выключателя в любых положениях.

Системы автоматического и программного управления машинами требуют весьма сложных переключений, для которых необходимы мно-

Рис. 18. Тумблер: а — устройство; б — схема использования тумблера в качестве двухпозиционного переключателя; в — схема использования тумблера в качестве выключателя

гопозиционные и многоцепные переключатели (при числе цепей и положений до 20, а иногда и более).

Кнопки управления

Определение. Кнопки управления — это аппараты, подвижные контакты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толкатель кнопки.

Комплект кнопок, смонтированных на общей панели (или в блоке), представляет собой кнопочную станцию. Все используемые в схемах

автоматики кнопки управления различают по числу и типу контактов (от 1 до 4 замыкающих и размыкающих), форме толкателя (цилиндрический, прямоугольный и грибовидный), надписям и цветам толкателей, а также по способу защиты от воздействия окружающей среды (открытые, закрытые, герметичные, взрывобезопасные и т. д.). Кнопки имеют неподвижные контакты, контактный мостик с подвижными контактами, пружину для возврата мостика (рис. 19)

Рис. 19. Устройство электрической кнопки: а — с замыкающими контактами («пуск»); б — с размыкающими контактами («стоп»)