МОДУЛЬ 3
План
1. Чрезмерный нагрев катушек пускателей, контакторов и автоматических выключателей. Межвитковые замыкания и замыкания на корпус катушек.
2. Чрезмерный нагрев контактов и их износ.
3. Неудовлетворительная изоляция. Механические неполадки.
Ремонт автоматических воздушных выключателей
Автоматический воздушный выключатель предназначен для автоматического отключения электрических цепей при возникновении в них токов перегрузки и короткого замыкания, а также при недопустимом снижении или полном исчезновении напряжения.
Для этого он снабжается соответствующими (одним или несколькими) расцепителями, которые отключают главные контакты выключателя. Расцепители по принципу действия могут быть электромагнитными (максимального напряжения), тепловыми (термобиметаллическими) и комбинированными (с последовательным включением токовой катушки и нагревательного элемента электромагнитного и теплового расцепителей). Например, автоматические воздушные выключатели серии А имеют тепловые и электромагнитные расцепители, а серии АВМ (выпускаются на токи до 2000 А) обычно снабжаются электромагнитным расцепителем максимального тока, который состоит из токовой катушки и якоря, удерживаемого пружиной и соединенного с часовым механизмом. При установке часового механизма на метку «0» отключение автоматического выключателя при коротких замыканиях и больших токах перегрузки происходит мгновенно, а при установке на часовом механизме требуемой выдержки времени (перемещением специального винта на часовом механизме) - с заданной задержкой времени.
Автоматические воздушные выключатели серии АВМ помимо электромагнитных расцепителей максимального тока могут снабжаться и расцепителем минимального напряжения, которые отключают выключатель при снабжении напряжения в питающей электрической сети до 85% номинального или полном его исчезновении.
Тепловые расцепители при небольших перегрузках по току отключают автоматический выключатель через 30-60 мин (время отключения находится в обратной зависимости от тока перегрузки), а электромагнитные расцепители при токах, превышающих номинальный ток в 6—10 раз, практически мгновенно отключают автоматический выключатель. Автоматический выключатель называют воздушным, потому что электрическая дуга, возникающая между его контактами в момент отключения, гасится в воздухе. Такие выключатели выполняют, как правило, функции защитных аппаратов, однако при необходимости могут быть использованы в качестве коммутационных аппаратов для редких эксплуатационных включений тех электрических цепей, в которых они установлены как аппараты защиты.
С помощью автоматических выключателей можно осуществлять дистанционное управление электрооборудованием и быстрое восстановление питания электроустановок повторным включением. Эти выключатели выпускаются на токи до нескольких тысяч ампер. В зависимости от количества полюсов они бывают одно- двух- и трехполюсные. Основными частями выключателя являются контактная и дугогасительная системы и механизм свободного расцепления (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Автоматический воздушный выключатель А15-Т на 600 А переменного тока: а - общий вид; б, в - контактная система во включенном и отключенном положениях автомата; 1 - плита; 2 - механизм свободного расцепления; 3 - болт заземления; 4 - механический замедлитель расцепления; 5 - электромеханический привод; 6 - максимальные расцепители; 7 - резистор; 8 - предохранитель; 9 ~ реле управления; 10 - дополнительный расцепитель; 11 - панель зажимов; 12 - отключающий валик; 13 - главный вал; 14 - селективный валик; 15 - коммутатор; 16 - пружина отключения выключателя; 17 - дугогасительная камера; 18 — огнестойкая перегородка; 19,29 — нижняя и верхняя гайки; 20 - держатель; 21 - промежуточный контакт; 22 - дугогасительные контакты; 23 - главный контакт; 24 — фасонный винт; 25 - стакан динамометра; 26 - шкала динамометра с указателем; 27- штифт; 28 - плоская пружина; 30 - регулировочная гайка
Контактная система автоматических выключателей небольшой мощности (на токи до 100 А) может быть одноступенчатой (рис. 4.2, а) или двухступенчатой (главные и дугогасительные контакты). Одноступенчатую систему контактов применяют и в выключателях средней мощности (до 600 А), если рабочие поверхности контактов имеют металлокерамическое покрытие. В мощных выключателях используют двух- или трехступенчатую систему контактов. В последнем случае (рис. 4.2, б) контактная группа выключателя состоит из главных (рабочих), промежуточных (переходных) и дугогасительных (разрывных) контактов. Промежуточные контакты служат для облегчения перехода тока с главных контактов на дугогасительные при отключении.
Рис. 4.2. Контактная и дугогасительная системы воздушного выключателя: а - одноступенчатая; б - трехступенчатая; 1 - вал; 2, 16 - главные подвижные контакты; 3,15 - главные неподвижные контакты; 4,11- дугогасительные камеры; 5,10 - дугогасительные решетки; 6,8- контактные пружины; 7, 17 - гибкие связи; 9,12 - дугогасительные подвижные и неподвижные контакты; 13 - промежуточный неподвижный контакт; 14 - промежуточный подвижный контакт
Дугогасительная система выключения состоит из дугогасительных (подвижных и неподвижных) контактов и камеры с решеткой. Эта система служит для ограничения размеров и быстрого гашения электрической дуги, возникающей между расходящимися контактами при разрыве ими электрической цепи. Действие дугогасительного устройства основано на растяжении и охлаждении электрической дуги в камере. Камера представляет собой асбоцементную коробку, в которой расположена дугогасительная решетка из стальных пластин, покрытых тонким слоем меди, предохраняющей стальные пластины от коррозии.
Гашение дуги в камере происходит следующим образом. При разрыве автоматическим выключателем электрической цепи с рабочими токами (токами перегрузки или токами короткого замыкания) между его контактами возникает электрическая дуга, ко-торая под воздействием электродинамических сил растягивается вдоль пластин решетки, разделяется на ряд мелких дуг и, сопри- касаясь с поверхностью пластин, быстро охлаждается и гаснет.
Механизм свободного расцепления автоматического выключателя выполняет следующие функции: предотвращает возможность удержания контактов выключателя во включенном состоянии при возникновении аварийного режима работы в защищаемой цепи; обеспечивает быстрое расхождение контактов, не зависящее от аппарата, типа и массы привода. Этот механизм представляет собой несколько шарнирных рычагов, соединяющих привод включения с системой подвижных контактов, которые, в свою очередь, связаны с отключающей пружиной.
В автоматических выключателях выходят из строя преимущественно контакты, отключающие механизм и пружины (износ и плавление контактов, нарушение регулировки механизма, ослабление пружин). В результате электрического и механического воздействия может нарушаться изоляция обмотки электромеханического привода или главного вала. В зависимости от характера повреждения автоматические выключатели ремонтируют в электро- ремонтном цехе или на месте их установки. В последнем случае их отключают от электрических линий, а также принимают меры для предотвращения дистанционного управления выключателями.
При ремонте контактов (обгорание, оплавление и изнашивание из-за высокой температуры электрической дуги, особенно при разрыве ими больших токов) откручивают винты крепления дугогасительных камер и осторожно их снимают. Закопченные стальные омедненные пластины решетки очищают от нагара щеткой, моют и протирают чистыми тряпками. Затем промывают и опиливают напильником слегка обгоревшие контакты выключателя, снимая с их рабочих поверхностей частицы оплавленной меди. С сильно оплавленных контактов напильником убирают наплывы меди, стараясь сохранить их форму. При уменьшении размеров контактов более чем на 30% их заменяют новыми.
В автоматических выключателях, которые часто включаются и выключаются, не только изнашиваются контакты, но и нарушается их регулировка. Это приводит к перегреву контактов при работе и выходу их из строя. Поэтому после ремонта контактов необходимо отрегулировать контактную систему. Это одна из важнейших операций ремонта, от которой зависит продолжительная нормальная работа выключателя.
В процессе регулировки контактной системы добиваются соприкосновения сначала главных, затем промежуточных и дугогасительных контактов, хотя очередность их включения при работе выключателя обратная. Соприкосновения главных контактов достигают, изменяя положение их держателей с помощью гаек, промежуточных контактов сгибанием в нужном направлении плоской пружины, а дугогасительных — используя регулировочные гайки.
Контактная система регулируется так, чтобы в момент касания дутогасительных контактов зазор между подвижным и неподвижным промежуточными контактами был не менее 5 мм, а в момент касания промежуточных контактов зазор между главными контактами составлял не менее 2,5 мм. Провал (расстояние, на которое может сдвинуться плоскость соприкосновения включенных контактов, если убрать неподвижный контакт) главных контактов во включенном положении отрегулированного автоматического выключателя должен быть не менее 2 мм, а раствор (наименьшее расстояние между контактами в разомкнутом состоянии) дугогасительных контактов в отключенном положении выключателя - не менее 65 мм.
При ремонте автоматического выключателя производят также проверку и регулировку начального и конечного нажатий его контактов. Начальное нажатие контактов - это усилие пружины в месте первоначального касания подвижных и неподвижных контактов, а конечное - усилие пружины в месте конечного касания контактов. Эти усилия замеряют специальным динамометром, поставляемым заводом-изготовителем вместе с выключателем. Усилия не должны отличаться от паспортных данных более чем на 10%.
Проверяют также, правильно ли расположены рычаги на отключающем валике и есть ли необходимый зазор между рычагом валика и бойком расцепителя. Рычаги должны быть без перекосов и смещений, а зазор составлять 2-3 мм, иначе расцепитель не отключит выключатель при недопустимом снижении или полном исчезновении в питающей сети напряжения.
При ремонте автоматического выключателя подвергают проверке резисторы, плавкую вставку предохранителя, состояние контактов конечного выключателя и вспомогательных контактов.
В отремонтированном выключателе проверяют легкость хода подвижных частей, отсутствие заеданий в механизме и касаний подвижных контактов стенок дугогасительных камер, для чего 10-15 раз медленно включают и выключают выключатель вручную. При установке отремонтированного выключателя необходимо убедиться в том, что соединяемые с ним провода, кабели или шины не создают недопустимых усилий на его контакты или выводы.
Качество ремонта выключателя определяют 15-20 циклами включений и выключений сначала под напряжением без нагрузки, а затем при 50% -й и полной номинальной нагрузках. Проверяют также работу всех расцепителей и устанавливают необходимые токи вставок максимальных расцепителей, после чего выключатель испытывают при номинальных нагрузках по программе и нормам завода-изготовителя.
Ремонт контакторов
Контакторы - это коммутационные электромагнитные устройства, предназначенные для дистанционного включения и выключения силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. Они широко используются в электроустановках промышленных предприятий и являются основными силовыми аппаратами современных автоматизированных электроприводов. В электроустановках трехфазного переменного тока применяют трехполюсные контакторы, которые состоят из электромагнитной, контактной и дугогасительной систем (рис. 4.3, а~в). Электромагнитная система служит для дистанционного управления (включения и отключения) контактором и состоит из ярма с сердечником, якоря, короткозамкнутого витка, катушки электромагнита и деталей крепления электромагнита к изоляционной панели. Сердечник и якорь набраны из листов электротехнической стали толщиной 0,55 мм (крайние листы имеют толщину 0,8 мм).
Рис. 4.3. Трехполюсный контактор:а - общий вид; б - электромагнитная система; в - контактная и дугогасительная системы; 1 - изоляционная панель; 2 - дугогасительная камера; 3 - унор; 4 - электромагнит; 5 - подшипник; 6 - вал; 7 - изоляция вала; 8 - крепление контактной системы на валу; 9 - блок-контакты; 10 - подшипник; 11 - ярмо с сердечником; 12 - катушка электромагнита; 13 - держатель якоря; 14 - якорь; 15 - короткозамкнутый виток; 16 - пластины решетки дугогасительной камеры; 17 - неподвижный главный контакт; 18 - подвижный главный контакт; 19 - контактная пружина; 20 - держатель подвижного контакта; 21 - гибкая связь
Контактная система состоит из главных подвижных и неподвижных контактов, гибких связей и вспомогательных контактов, служащих для переключения в цепях управления контактором, блокировки и сигнализации. Главные контакты обеспечены дугогасительной системой, которая представляет собой камеру с дугогасительными стальными пластинками, покрытыми слоем меди. Камера выполнена из огнестойкого материала и состоит из двух половин. Пластины внутри камеры расположены перпендикулярно к стволу электрической дуги, которая (при отключении контактора) втягивается в решетку, разделяется в ней на ряд мелких дуг, охлаждается и гаснет.
В трехполюсном контакторе имеются три пары главных контактов, обеспеченных тремя (по одному на каждый полюс) дугогасительными устройствами.
Управление контактором осуществляется следующим образом. При подаче напряжения в цепь катушки электромагнита ее сердечник притягивает якорь, который поворачивается на определенный угол и прижимает подвижные контакты, находящиеся на одном валу с неподвижным якорем, к неподвижным. При разрыве электрической цепи катушки ее стержень перестает удерживать якорь и подвижные контакты отпадают, разрывая электрическую силовую цепь.
Якорь во включенном состоянии может удерживаться и защелкой. В таких контакторах имеется дополнительное электромагнитное устройство, отключающее контактор путем освобождения его подвижной части из-под защелки.
При выполнении текущего ремонта контакторов на месте их установки сначала отсоединяют все провода, кабели и шины (капитальный ремонт обычно производят в электроремонтных мастерских). В процессе ремонта главным образом заменяют поврежденные или изношенные детали новыми и затем регулируют и испытывают контакторы. В основном приходится менять главные контакты, гибкие соединения, дугогасительные камеры, катушки электромагнитов, пружины и короткозамкнутые витки.
С главных контактов снимают дугогасительные камеры, откручивают винты, которыми гибкие соединения крепятся к подвижным контактам, и удаляют подвижные контакты. Затем убирают неподвижные контакты, промывают их. В некоторые случаях зачищают контактные поверхности всех разобранных соединений, смазывают их тонким слоем технического вазелина. Далее контакты устанавливают на место в последовательности, обратной разборке.
Поврежденные гибкие медные пластины заменяют новыми. В случаях, когда таких пластин более 20%, рекомендуется полностью заменить гибкие соединения новыми. Камеры с сильно испорченными внешними или внутренними деталями также заменяют новыми.
Неисправную катушку электромагнита меняют на новую или перематывают ее обмотку, выдерживая диаметр провода и количество витков. При намотке катушки тонким проводом для выводов используют гибкий провод диаметром 0,8 мм и более. При этом выводы соединяют с проводом катушки припоем ПОС 30, а затем места пайки изолируют полоской миканита толщиной 0,3 мм и шириной 8-10 мм. Выводы катушки закрепляют на каркасе нитками, к концам припаивают медные наконечники, а готовую катушку обматывают хлопчатобумажной лентой. Окончательно катушку проверяют пробным (не менее 10 циклов) включением и отключением контактора.
Лопнувший короткозамкнутый виток заменяют новым: сначала отгибают стальные пластины, прикрепленные к крайним листам пакета сердечника, вынимают поврежденный виток из желоба в сердечнике, а затем устанавливают в желоб новый виток и закрепляют его, загибая стальные пластины.
Поврежденные пружины заменяются новыми из числа запасных, поставляемых в комплекте с контактором.
Если нарушена изоляция вала подвижных контактов, ее заменяют новой, сделанной из материала, равноценного заменяемому по своим свойствам и толщине.
По окончании основных операций с помощью динамометра измеряют начальное и конечное нажатия главных контактов.
На заключительном этапе ремонта контактора проверяют, правильно ли собрана схема, прочно ли закреплены подвижные контакты на валу и хорошо ли прилегает якорь к сердечнику. Затем проводят послеремонтные испытания: измеряют сопротивление изоляции, омическое сопротивление обмотки катушки электромагнита и определяют точность работы контактора при снижении напряжения.
Изоляцию испытывают мегаомметром на 500 В, проверяя ее сопротивление между токопроводящими частями контактора и другими частями, не находящимися под напряжением. Сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм. Омическое сопротивление обмотки катушки электромагнита, измеренное при 20° С, не должно отличаться от паспортных данных более чем на 10%. Контактор, установленный вертикально, должен включаться при пониженном напряжении, составляющем 85% номинального.
Значительный нагрев контактов и катушки электромагнита, а также сильное гудение электромагнитной системы свидетельству- ют о неудовлетворительном качестве ремонта и некачественной регулировке отдельных деталей и систем контактора (главным образом электромагнитной и контактной).
В настоящее время, благодаря достижениям силовой полупроводниковой техники, для дистанционного бесконтактного включения и отключения силовых электрических цепей при нормальных режимах работы применяются тиристорные коммутационные устройства, которые имеют значительно большую надежность и долговечность по сранению с электромагнитными коммутационными устройствами (контакторами, пускателями). В качестве конкретного тиристорного коммутационного устройства рассмотрим тиристорные маломощные переключатели типа ПТМ, предназначенные для бесконтактного включения и отключения электродвигателей до 5 кВт, электромагнитов, соленоидов и других нагрузок переменного тока. Переключатели ПТМ 40-8 и ПТМ 80-8 применяются для обеспечения динамического торможения (с током до 40 и 80 А соответственно) трехфазных асинхронных электродвигателей (АД) с короткозамкнутым ротором, а переключатель ПТМ 1,6-4М - как для бесконтактного включения и отключения АД, так и для обеспечения динамического торможения его. На рис. 4.4 приведена электрическая принципиальная схема переключателя ПТМ 1,6-4М.
Рис. 4.4. Схема электрическая принципиальная переключателя ПТМ 1,6-4М
При подаче напряжения (12 В постоянного тока) на катушку реле К1 (или К2 - при динамическом торможении) замыкаются контакты реле, через которые подаются управляющие сигналы на соответствующие симисторы (симметричные тиристоры, каждый из которых заменяет два обычных тиристора, включенных по встречно-параллельной схеме), при этом симисторы открываются и пропускают ток из сети переменного тока по обмоткам АД. При снятии напряжения с катушки реле К1 (или К2) соответствующие симисторы отключаются.
Конструктивно переключатели типа ПТМ выполнены в ореб- ренном металлическом корпусе (у ПТМ 1,6-4М корпус пластмассовый) с естественным воздушным охлаждением, к которому крепятся через изолирующие прокладки коммутирующие приборы: симисторы для ПТМ 10-1М, ПТМ 1,6-4М; оптронные тиристоры для ПТМ 010-1 и тиристоры для ПТМ 40-8 и ПТМ 80-8. Для коммутации управляющих сигналов на тиристоры используются гер- коновые реле типа РПГ, встроенные в переключатели. Внешнее подсоединение переключателей осуществляется через клеммную коробку посредством пайки (на ПТМ 40-8 и ПТМ 80-8 подключение производится с помощью гаек).
Переключатели ПТМ выдерживают рабочие перегрузки по току до 10 1н при длительности перегрузок не более 40 мс, а средний ресурс их работы составляет 30 000 ч.
Эксплуатация и обслуживание переключателей ПТМ разрешается лицам, прошедщим специальную подготовку и знакомым с инструкцией по эксплуатации. При выходе из строя переключателя в процессе эксплуатации он заменяется запасным, а при техническом обслуживании (в сроки, установленные для всей установки) проверяется надежность пайки и затяжки резьбовых соединений.
Ремонт вышедших из строя переключателей производится в электроремонтной мастерской. При ремонте путем тщательного осмотра и проведения измерений «тестером» определяются неисправные элементы переключателей, которые затем заменяются исправными. Контроль исправности тиристоров может выполняться (на стендах) с помощью осциллографа по падению напряжения на тиристоре. После ремонта с помощью мегаомметра замеряется сопротивление изоляции силовых цепей и цепей управления переключателя по отношению к корпусу, который должен быть заземлен, при этом сопротивление изоляции должно быть не меньше 5 МОм.