Выбор электрических аппаратов

Общие положения. Надежность работы любой электрической схемы управления зависит от правильного выбора применяемых в ней электрических аппаратов. Выбор аппаратов производится по каталогам, техническим условиям на их поставку или официальным справочникам. При выборе необходимо убедиться в том, что данный аппарат предназначен для работы в судовых условиях и удовлетворяет Правилам РР РФ.

Выбор исполнения внешней оболочки аппарата производится исходя из места установки его и условий эксплуатации.

Выбор типа аппарата осуществляется по основным параметрам, к которым относятся род тока, напряжение и ток нагрузки аппарата. Аппарат выбирают так, чтобы его номинальные параметры были несколько больше рабочих или равны им: U_ном ³ U_раб, I_ном ³ I_раб. Номинальные напряжения и номинальные токи аппаратов находятся по каталогам или техническим условиям на поставку, а рабочие параметры определяются на основании расчета электрической схемы управления.

Кроме вышеотмеченных общих положений по выбору аппаратов необходимо учитывать специфические для каждого электрического аппарата критерии выбора.

Выбор коммутационных аппаратов. К коммутационным аппаратам относятся автоматические воздушные выключатели, рубильники и рубящие переключатели, пакетные и пакетно-кулачковые выключатели и переключатели.

Выбор автоматов производится исходя из требуемой защиты по номинальному току максимальных расцепителей, который одновременно определяет и номинальный ток автомата. Выбранные автоматы подвергаются проверке на предельную коммутационную (разрывную) способность и (для селективных автоматов) на термическую устойчивость при протекании токов короткого замыкания в течение установленной выдержки времени. Так как предельная коммутационная способность определяется свойствами дугогасительной системы и механической прочностью автомата, то его проверка на коммутационную способность является одновременно и проверкой на электродинамическую устойчивость. Эта проверка выполняется по формуле I _{пр. ком} ³ I _расч, где I _{пр. ком} – предельная коммутационная способность автомата; I _расч – значение расчетного тока короткого замыкания.

Проверка на термическую устойчивость заключается в сопоставлении допускаемой термической устойчивости автомата, выраженной в амперах в квадрате в секунду, с фактической, определяемой на основании расчета токов короткого замыкания.

При выборе установочных автоматов для защиты асинхронных двигателей и трансформаторов необходимо учитывать, что кратность тока отсечки автомата должна быть примерно в два раза больше кратности пускового тока двигателя, поэтому ток отсечки автоматов должен составлять 10 I_ном. Для осветительной и другой постоянной нагрузки ток отсечки берется равным 5 I_ном.

Рубильники и рубящие переключатели выбираются по току и напряжению, а затем проверяются на отключающую способность. Если рубильники и переключатели имеют моментные ножи, то они допускают отключение номинального тока. При отсутствии моментных ножей допустимый отключаемый ток значительно меньше номинального. Рубильники и переключатели больших мощностей дополнительно проверяются на динамическую и термическую устойчивость под действием токов короткого замыкания. Для этого в каталогах дается допустимая односекундная термическая устойчивость в амперах в квадрате в секунду.

Пакетные и пакетно-кулачковые выключатели и переключатели выбираются по общим положениям, по числу полюсов и по схеме коммутации.

Выбор контакторов. При выборе контакторов кроме общих положений необходимо учитывать режим работы, допустимое число включений в час и износоустойчивость. Выбранный контактор должен иметь требуемое количество главных контактов и блок -контактов.

Выбор контактора для продолжительного и повторно-кратковременного режимов работы производится по номинальному и максимально допустимому пусковому току, величина которого равна четырехкратному значению номинального тока контактора. Для кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы выбор контактора производится по эквивалентному току и допустимому пусковому току. Величина эквивалентного тока не должна превышать значения номинального тока контактора.

Контакторы больших габаритов дополнительно проверяются на динамическую и односекундную термическую устойчивость, подобно автоматам.

Выбор плавких предохранителей. Для выбора предохранителей необходимо предварительно определить ток плавкой вставки, а затем номинальный ток патрона.

Если в цепях отсутствуют пусковые токи (освещение, измерительные приборы, цепи управления и др.), то ток плавкой вставки выбирается по формуле I _{пл. вст} = I _раб.

При защите предохранителями электродвигателей необходимо учитывать возможность сгорания плавкой вставки от пусковых токов. Поэтому для одиночных электродвигателей ток плавкой вставки находится по формуле I _{пл. вст} = К I _раб, где коэффициент К учитывает тип электродвигателя и условия пуска. При пуске двигателей малой и средней мощности с помощью реостатов К = 1, а для двигателей большой мощности с таким же пуском К = 1, 5.

Для короткозамкнутых асинхронных двигателей с редкими пусками и разгоном в течение 5 – 10 сек К = 2, 5, а для двигателей с частыми пусками и длительностью разгона до 40 сек К = 3, 0.

При питании от предохранителей нескольких (n) электродвигателей плавкая вставка выбирается из условия, что двигатель наибольшей мощности находится в пусковом режиме, а остальные нормально работают: I _{пл. вст} = К_о[I₁ + I₂ + … + I_{(n – 1)}] + К I _раб, где К_о[I₁ + I₂ + … + I_{(n – 1)}] – сумма рабочих токов электродвигателей (без одного наибольшей мощности) с учетом коэффициента одновременности К_о.

Для выбора номинального тока патрона необходимо определить действующее значение ударного тока короткого замыкания в цепи переменного тока или максимальное значение тока короткого замыкания в цепи постоянного тока (I _расч). Затем следует выбрать патрон, разрывная способность которого позволяет выдержать расчетный ток короткого замыкания: I _расч £ I _{пр. доп}, где I _{пр. доп} – предельно допустимый ток короткого замыкания, разрываемый предохранителем.

Предохранители, защищающие цепи управления, контроля или сигнализации по току короткого замыкания, не проверяются.

Выбор реле. Большое разнообразие применяемых в электрических схемах реле требует выбора их прежде всего по назначению (реле управления, контроля, защиты и т.д.) исходя из общих положений. После этого выбирается тип реле, имеющий требуемые параметры и необходимое число контактов. Выбранное реле проверяется по допустимому числу срабатываний в час, времени срабатывания и коэффициенту возврата. Чем ближе коэффициент возврата к единице (0, 8 – 0, 9), тем более качественным считается реле, так как возвращение его в исходное положение происходит при незначительном уменьшении входного параметра.

Если схема требует применения наиболее быстродействующего реле, то необходимо использовать в ней бесконтактные реле. При выборе реле необходимо предусмотреть вид включения его в схему, мощность и число контактов. Если выбранное реле не имеет требуемой мощности контактов или нужного их количества, необходимо выбрать соответствующее промежуточное реле.

Выбор сопротивлений. Выбор элементов сопротивлений связан с назначением и характером их работы в электрической схеме (пусковое, нагрузочное, тормозное и т.д.). согласно назначению сопротивления производится расчет тока нагрузки с учетом режима работы и величины сопротивления в Омах, а также объемной мощности (мощность, выделяющаяся на сопротивлении при протекании номинального тока нагрузки или пускового тока).

На основании полученных данных производится выбор элементов сопротивлений или ящиков сопротивлений по техническим условиям или каталожным данным на их поставку. Необходимо помнить, что в судовых условиях применяют, как правило, каркасные сопротивления из слабо коррозирующих материалов (нихромовых, фехралевых и других сплавов). Если требуется небольшая мощность сопротивлений (до сотен ватт), то используют трубчатые сопротивления. В мощных электрических установках применяют рамочные элементы сопротивлений.

Выбор контроллеров. Выбор контроллеров производится исходя из общих требований с последующей проверкой допустимого тока нагрузки согласно режиму работы электродвигателя; допустимого числа включений в час; числа силовых и вспомогательных цепей; пределов регулировки защитных аппаратов, встроенных в контроллер; соответствия таблицы последовательности замыкания контактов и числа положений контроллера. Схемы большинства контроллеров сочетаются с конкретной схемой управления электродвигателя данного типа и мощности. Поэтому эти контроллеры могут поставляться вместе с электродвигателем, что упрощает их выбор.

Выбор комплектной аппаратуры. Комплектные аппараты предназначены для пуска, остановки, защиты и реверса электрических двигателей. К ним относятся пусковые и пускорегулирующие реостаты и магнитные пускатели. Эти аппараты рассчитываются на работу с электрическими двигателями определенной мощности, поэтому из выбор достаточно прост и производится по общим положениям.

Комплектные устройства управления (магнитные контроллеры) предназначены для автоматического управления электродвигателями. Одним из определяющих показателей магнитных контроллеров является номинальный ток. Поскольку магнитные контроллеры работают в кратковременном или повторно-кратковременном режимах, то при выборе их под номинальным током подразумевается наибольший расчетный ток в режиме работы 60 мин, допускаемый линейными или реверсивными контакторами.

Выбор командоаппаратов. Выбор кнопок и кнопочных постов управления осуществляется по общим положениям и требованиям к их конструктивному исполнению. Выбранные кнопки или кнопочные посты должны иметь требуемую схему замыкания и размыкания контактов и соответствующее месту установки исполнение.

Конечные и путевые выключатели выбираются исходя из места их установки, назначения и общих положений. Выбранные аппараты проверяются на допустимую частоту включений в час, величину разрываемого тока и число коммутируемых цепей.

Выбор универсальных переключателей и ключей производится по общим положениям с проверкой соответствия схемы и таблицы последовательности замыкания и размыкания контактов в различных положениях рукоятки. При выборе типа переключателей для переключения амперметров необходимо помнить, что переключение амперметра с одного трансформатора тока на другой должно происходить без разрыва цепей вторичных обмоток трансформаторов тока. Желательно, чтобы все переключатели, устанавливаемые на проектируемом устройстве, имели одинаковую форму рукояток. Если в информационных справочниках отсутствует переключатель с требуемой последовательностью замыкания контактов, то можно оформить специальный заказ заводу на изготовление такого переключателя на базе существующих шайб.

Выбор командоконтроллеров аналогичен выбору силовых контроллеров.