По своему назначению аппаратура ГРЩ, АРЩ и других распределительных устройств подразделяется на: коммутационную, защитную, коммутационно-защитную, измерительную, регулировочную и сигнальную.
Коммутационная аппаратура служит для включений, отключений и переключений электрических цепей. К ней относятся: рубильники и переключатели рубящего типа или ножевые, выключатели и переключатели пакетные и других видов, переключатели универсальные.
Рубильники и переключатели рубящего типа применяют в качестве основных коммутационных аппаратов для набора схемы щита или схемы электроэнергетической установки в целом; их различают по номинальному току (100, 200, 400, 600, 1000 А), числу полюсов (одно-, двух-и трехполюсные) и виду привода (с центральной, боковой рукояткой или с рычажным приводом).
В цепях постоянного тока применяют рубильники с моментным отключением, в которых дугу разрывают вспомогательные ножи, укрепленные на основных с помощью пружин. Кроме обычных рубильников, иногда применяют блоки рубильник — предохранитель.
Пакетные выключатели рассчитаны на нечастую коммутацию цепей постоянного (до 350 В) и переменного (до 380 В) тока от 10 до 360 А; выпускаются одно-, двух- и трехполюсными на два и три направления в открытом и водозащищенном исполнении.
Обозначение типов пакетных выключателей и переключателей: ПВЗ-60 или ПКЗ-60 — пакетный выключатель трехполюсный на 60 А; ПП2-25/Н-2 — пакетный переключатель двухполюсный на 25А, на 2 направления.
Универсальные переключатели серии УП и КФ на распредели тельных щитах широко используют в качестве переключателей измерительных приборов на разные полюса или фазы (переключатели вольтметров, амперметров), а также на различные участки шин ГРЩ (переключатели частотомеров, синхроноскопов и др.).
Находят применение и другие виды коммутационной аппаратуры например: пусковые кнопки, тумблеры, контакторы и блок- контакторы.
Профилактические осмотры и своевременный ремонт рубильников и пакетных выключателей значительно повышают надежность электрических цепей. В рубильниках и переключателях: вследствие обгорания чаще всего изнашиваются контактные ножи и неподвижные контакты. При слабом их обгорании контактные поверхности можно зачищать личным плоским напильником.
Если выгорание контактов сильное, то можно их наплавить однородным металлом при помощи газовой горелки с использованием в качестве флюса буры. После наплавления обрабатывают поверхности напильником.
Ремонт пакетных выключателей и переключателей в эксплуатационных условиях из-за сравнительной сложности их конструкции затруднителен. Однако нужно следить за контактной системой этих аппаратов и, если возможно, выполнять мелкий ремонт. Для ремонта можно использовать годные детали вышедших из строя пакетных выключателей. При значительных повреждениях выключатели заменяют новыми.
Защитная аппаратура предназначена для защиты источников электроэнергии, цепей и потребителей от перегрузок, коротких замыканий, понижения напряжения, обратного тока, обратной мощности и др. К ней относятся предохранители и реле.
Предохранители и их селективность
Плавкие предохранители представляют собой аппараты, служащие для защиты электрических цепей от токов КЗ и значительных перегрузок. Предохранитель любого типа состоит из трех основных частей: патрона, плавкой вставки и конструкции для установки патрона и присоединения проводов.
Длительный ток, на который рассчитана плавкая вставка, называется номинальным током плавкой вставки. Он обозначается на плавкой вставке заводом-изготовителем. Для большинства предохранителей плавкие вставки изготовляют из свинца, сплавов свинца с оловом, цинка, меди, серебра и других металлов на следующие номинальные токи: 6, 10, 15, 20, 25, 35, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 225, 260, 300, 350, 430, 500, 600, 700, 850, 1000 А.
Номинальным током предохранителя называют длительный ток, на который рассчитаны патрон и конструкция для его установки. В данный предохранитель могут быть установлены плавкие вставки на различные номинальные токи, но не более, чем номинальный ток предохранителя. Например, в предохранитель на 15 А могут быть установлены плавкие вставки на 6, 10 или 15 А.
Обозначают предохранители на схемах дробью: в числителе — номинальный ток предохранителя, в знаменателе — номинальный ток плавкой вставки.
При протекании через предохранитель тока КЗ или при перегрузке плавкая вставка расплавляется и разрывает цепь. Чем больше ток, протекающий через плавкую вставку, тем быстрее юна расплавляется и отключает цепь.
Способность предохранителя защищать цепь от перегрузки и обеспечивать селективность (избирательность) действия в общей совокупности защиты сети определяется ампер-секундной характеристикой. Она представляет собой (рис. 1, а) зависимость времени разрыва цепи от кратности перегрузки по отношению к номинальной. Из характеристики видно, что ток перегрузки 1,3 Iн может не вызвать разрыва цепи длительно. В то же время перегрузка в 30% может быть опасна для защищаемой установки. В этом смысле предохранители нельзя считать надежной защитой от перегрузок.
Под селективным действием предохранителей понимают перегорание только того предохранителя, который является ближайшим к месту короткого замыкания.
Важной характеристикой предохранителей является их разрывная способность, определяемая тем наибольшим током КЗ, который предохранитель может отключить без каких-либо деформаций, препятствующих его дальнейшему использованию после смены плавкой вставки.
Рис. 1. Плавкий предохранитель: а — ампер-секундная характеристика; б — патрон предохранителя ПР-2
В сравнении с автоматическими выключателями предохранители имеют меньшую (в 2—6 раз) разрывную способность. Однако время гашения дуги и общее время разрыва цепи предохранителем при токах КЗ очень мало. В этом их важное преимущество.
К предохранителям предъявляют требования: надежность работы, простота конструкции, малые габариты, небольшая стоимость и удобство эксплуатации.
На судах наибольшее распространение получили трубчатые (ПР) и пробочные (ПД) предохранители.
Устройство патрона предохранителя ПР-2 на 350 А (рис. 1, б): на фибровой трубке 1 закреплены латунные кольца 5, на которые навинчиваются латунные колпачки 4. К контактным ножам 3, зажимаемым с помощью колпачков, болтами 2 прикрепляется сменная плавкая вставка 6. Предохранители ПР-2 изготовляют двух габаритов, отличающихся длиной патрона, на 250 и 500 В.
В предохранителях типа ПР применяют фигурные пластинчатые цинковые вставки, имеющие 2—4 суженных места, где из-за большего сопротивления выделяется больше тепла, чем в широких частях.
Фибра, из которой выполнена трубка патрона, является газогенерирующим материалом. Фибра при перегорании плавкой вставки выделяет водород, углекислый газ и водяной пар, которые обладают дугогасящими свойствами.
В процессе эксплуатации чаще всего повреждаются стойки ножи и вставки предохранителей.
Стойки и ножи трубчатых предохранителей при незначительных подгарах и оплавлениях зачищают напильниками, а затем поврежденное место лудят. При значительных выгораниях плоскостей и кромок контактных ножей и предохранителей можно так же, как у рубильников, наплавить поврежденные места однородным металлом.
Пробитые, обгоревшие и поломанные фибровые трубки предохранителей и сгоревшие плавкие вставки заменяют новыми.
Реле коммутации и защиты
Реле представляют собой электрические аппараты, замыкающие или размыкающие свои контакты при изменении контролируемой ими физической величины. Значение контролируемой величины, при которой реле срабатывает, называется уставкой реле.
Реле различают: по принципу действия (электромагнитные, индукционные, тепловые и т. д.), по времени срабатывания (мгновенного действия и с выдержкой времени), по способу возврата реле в исходное состояние (с самовозвратом, с принудительным ручным или электромагнитным возвратом), по назначению (реле управления, защиты, блокировки и сигнализации).
Важной характеристикой реле является коэффициент возврата, представляющий собой отношение значений величины отпускания к величине срабатывания. Он обычно меньше единицы.
Особое место в распределительных устройствах занимают реле защиты, которые могут быть максимального тока, обратной мощности, тепловые.
Реле обратного тока служит для отключения генераторного автомата от шин ГРЩ в случае, если генератор будет переходить в двигательный режим и направление тока изменится на обратное против нормального.
Устройство такого реле (типа ДТ) показано на рис. 2. Это электромагнитное поляризованное реле, реагирующее на изменение направления протекающего по катушке тока.
Рис. 2. Реле обратного тока
На сердечнике 8 его магнитопровода находится токовая катушка 7, включаемая последовательно в защищаемую цепь. Между полюсами N—S на оси, перпендикулярной плоскости рисунка, может поворачиваться якорь 6 с намотанной на него катушкой напряжения 5. Ток к ней подается гибкими проводниками от выводов Л1 и Л2. Направление тока в этой катушке неизменно, а в последовательной может изменяться. Если ток по катушке 7 течет в нормальном, заранее предусмотренном направлении, якорь поворачивается по часовой стрелке, рычаг 4 доходит до упора. При изменении направления тока якорь поворачивается против часовой стрелки. Пружина 3 растягивается. Подвижный контакт 2 замкнется с контактом 1, включит расцепитель автомата, который отключит генератор от шин щита.
Регулировку реле обратного тока выполняют натяжением пружины 3. Настройку реле в системе защиты генераторов производят согласно Правилам Регистра на обратный ток 2—15% номинального.
Индукционное реле мощности типа ИМ-149 (рис. 3) осуществляет направленную защиту генераторов переменного тока от перехода их в двигательный режим. Индукционная система реле состоит из двух электромагнитов: трехстержневого верхнего 4 и подковообразного нижнего 1 и расположенного между ними алюминиевого диска 2, закрепленного на оси 9.
Рис. 3. Индукционное реле обратной мощности ИМ-149
На нижнем электромагните находится обмотка напряжения, на верхнем — токовая. Подвижный контакт 8 через шестеренчатую пару связан с осью диска. Пружина 7 удерживает контакты 6 и 8 в разомкнутом состоянии. Постоянные магниты 3 обеспечивают обратнозависимую характеристику реле: чем больше обратная мощность, тем быстрее поворачивается диск и быстрее замыкаются контакты 6, закрепленные на колодке 5.
При нормальном направлении мощности (от генератора к шинам) обмотки создают вращающий момент в диске, направленный в ту же сторону, что и момент, создаваемый пружиной 7 (на размыкание контактов). При обратном направлении мощности (от шин к генератору) ток в катушке электромагнита 4 изменяет свою фазу на обратную, а в обмотке напряжения фаза не изменяется.
Вращающий момент диска поменяет свой знак на обратный и, преодолевая противодействие пружины 7, повернет подвижный контакт 8 в сторону неподвижных и замкнет их.
Реле ИМ-149 допускает регулировку по уровню обратной мощности (6, 9 и 12% номинальной) перестановкой штепсельного устройства в отпайках токовой обмотки и по выдержке времени в пределах от 0 до 10 — с зазором между подвижным и неподвижным контактами, т. е. изменяя положение упора подвижного контакта.
Согласно Правилам Регистра уставка реле должна быть 8—15% номинальной активной мощности для дизель-генераторов и 2—6% —для турбогенераторов.
На новых судах синхронные генераторы от обратной мощности обычно защищают бесконтактным реле обратного активного тока типа РОТ-51. Это реле обладает ступенчатым регулированием по току 5, 10, 15% номинального.
