Апаратура управління та захисту електричних мереж, металізація та заземлення

2.9.1. Апаратура управління та захисту електричних мереж

Комутаційна апаратура. Для управління споживачами ЕЕ застосовується комутаційна апаратура, яка за способом приведення в дію підрозділяється на апаратуру прямої (ручної) та дистанційної дії.

Апаратура прямої дії застосовується для тривалої або короткочасної дії на колі з силою струму, що не перевищує 35 А (вимикачі і перемикачі, кнопки, кінцеві вимикачі і так далі рис. 2.32 і рис. 2.33).

Рис. 2.32. Перекидні і натискні вимикачі і перемикачі:

а) вимикач перекидний типу В – 45; б) перемикач перекидний типу ПП – 45;
в) вимикач натискний типу ВН – 45М; г) перемикач натискний типу ПН – 45;

1 – текстолітовий штифт; 2 – пружина; 3 – рухомий контакт.

Рис. 2.33. Вимикач герметичний типу ВГ.

По конструктивному виконанню вимикачі і перемикачі діляться на перекидні, натискні і поворотні, а по числу комутованих ланцюгів – на однополюсні, двополюсні і триполюсні, а також однополюсні чотирьохпозиційні.

Апаратура дистанційної дії є електромагнітними пристроями, з якорем яких зв'язані контакти. Управління здійснюється або апаратурою прямої дії, або захисною апаратурою. Залежно від величини струму комутованого навантаження розрізняють (ділення чисто умовне і не завжди витримується) власне контактори (з номінальним струмом 25 – 600 А) і комутаційні реле (зі струмом 5 – 10 А).

Основним вузлом комутаційної апаратури є контактна система. Вона є рухомим розривним контактним з'єднанням, яке складається з рухомого і нерухомого контактів з допоміжними деталями і забезпечує необхідні умови для нормальної і надійної роботи контактів. Контактна система замикає електричне коло, пропускає заданий електричний струм навантаження протягом необхідного часу, а при відключенні надійно розмикає електричний ланцюг.

Контактори (типу К, КМ, КП, КД, ТКД, ТКС і т. п.), які застосовуються на сучасних ЛА, можна класифікувати за наступними ознаками (таблиця 2.1):

– за призначенням (вмикаючи та перемикаючи);

– за режимом роботи (короткочасний та тривалий);

– за конструкцією електромагніту (клапанного та втяжного типу);

– за кількістю обмоток (однобмоткові та двообмоткові);

– за кількістю комутованих кіл (одноланцюгові, здвоєні, триланцюгові).

В електрообладнанні ЛА застосовуються головним чином комутаційні електромагнітні реле постійного і змінного струму, поєднуючи функції комутуючого пристрою і чутливого елементу.

Таблиця 2.1

Найбільше застосування отримали клапанні реле типу ТКЕ (рис. 2.34, а, б) з
Ш-образним магнітопроводом і одним (а) або двома (б) повітряними проміжками. В автоматичних системах управління використовуються реле напруги, струму і вентильні реле з діодами, що забезпечують їх спрацьовування при певній полярності; вентильні реле аналогічні по конструкції реле типу ТКЕ.

Рис. 2.34. Магнітні системи авіаційних магнітних реле і

магнітокеруючі контакти МКК.

В даний час в релейних схемах управління замість електричних реле застосовуються різні конструкції магнітокеруючих контактів (МКК).

Герметизовані перемикачі з пружинними контактами з феромагнітного матеріалу – геркони (від слів герметизовані та контакт) зображені на рис. 2.34, г, д, е, ж. Вони прості по конструкції, мають досить високий термін служби (10⁸ ÷ 10⁹ спрацьовувань) і надійність, працюють в будь-якому положенні, в інтервалі температур від – 100 до +200 °С і не вимагають регулювань.

На рис. 2.34, г показаний пристрій МКК з мостовим магнітним ланцюгом. Його нерухомий 1 і рухомий 2 контакти уявляють собою феромагнітні пружини (з пермалоєвого проводу), які стикаються один з одним під дією магнітного поля. Контакти монтуються в герметичній скляній колбі 3, заповненої азотом, аргоном або воднем. На магнітопроводі 4, в колі якого розташований постійний магніт 6, розміщується
управляюча котушка 5 електромагніту. При протіканні в котушці електромагніту струму контакти МКК намагнічуються і на їх кінцях утворюються різнойменні магнітні полюси. Це призводить до деформації контактних пружин і замикання контактів. При відключенні електромагніту сили пружності повертають пружини в початкове положення і контакти розмикаються.

Розшифровка маркування реле і деяких типів контакторів приведена в таблиці 2.2 та подальших поясненнях.

Таблиця 2.2

Букви і цифри позначають:

– перша буква – номінальна напруга ланцюга обмотки (Ш–6 В, Д–10 В, П–15 В, Т–27 В постійного струму, С–115 В змінного струму);

– друга буква – призначення (Т – струмове реле, Д – детекторне реле, К – комутаційне реле або контактор, Н – реле напруги, В – реле часу, П – реле з живленням ланцюга управління змінним струмом);

– буква, що знаходиться на третьому місці та цифра, що знаходиться на четвертому місці показують значення номінального струму в ланцюзі контакторів: третя буква – розряд (Е – одиниці, Д – десятки, С – сотні, Т – тисячі), четверта цифра – кількість одиниць даного розряду (наприклад, Е5 – 5 А (для реле); Д5 – 50 А, C1 – 100 А і Т1 – 1000 А для контакторів);

– дві цифри або цифра і буква П, які займають п'яте і шосте місця визначають кількість і вид контактів: цифра на п'ятому місці – кількість незалежних нормально замкнутих контактів (відсутність даних контактів позначається цифрою 0), цифра на шостому місці – кількість незалежних нормально розімкнених контактів; цифра на п'ятому місці і буква П на шостому – кількість перемикальних контактів (наприклад, 10 – один нормально замкнутий контакт, 02 – два нормально розімкнених контактів, 6П – шість перемикальних контактів);

– розташована на сьомому місці буква Д – тривалий режим роботи контактора, К – короткочасний, И – імпульсний;

* – буква Т, що йде на восьмому місці, – реле термостійке (іноді сьоме і восьме місця в позначенні реле заповнюють буквами О і Д, які разом показують, що максимально допустима, тривало діюча температура навколишнього середовища рівна +85 °С);

– буква, що стоїть на дев'ятому місці, А, Б, В, Г і так далі позначає різновид даного апарату за обмотувальними даними, конструктивним виконанням або регулювальними параметрами (наприклад, буква Г – реле герметичного виконання);

– якщо на останньому місці знаходиться цифра 1 – реле може працювати при температурі навколишнього середовища +100 °С.

Приклади розшифровки:

• реле ТКЕ52ПОДГ – комутаційне (К) герметичне (Г) реле з обмоткою, розрахованою на включення в мережу постійного струму з номінальною напругою 27 В (Т), що має два незалежні перемикальні контакти (2П) на струм 5 А (Е5), розраховане на температуру навколишнього середовища, що тривало діє, до +85 °С (ОД);

• контактор ТКС133ДОД – контактор (К) тривалого режиму роботи (Д) з обмоткою, розрахованою на вмикання в мережу постійного струму з номінальною напругою 27 В (Т), що має три нормально замкнутих і три нормально розімкнених контакти (33) на струм 100 А (С1), розрахований на температуру навколишнього середовища, що тривало діє, до +85 °С (ОД).

2.9.2. Апаратура захисту електричних мереж

Захисна апаратура. В процесі експлуатації на ЛА можуть виникнути аварійні режими в системі передачі та розподілу електроенергії і, зокрема, в електричній мережі – короткі замикання, перевантаження, обриви проводів, які можуть привести до порушення нормальної роботи СЕП або окремих ділянок мережі. Висока надійність СЕП ЛА забезпечується за умови швидкої ліквідації пошкоджень, що виникли в системі в результаті коротких замикань або інших аварійних режимів. Для попередження тяжких наслідків встановлюється захисна апаратура (у вигляді плавких запобіжників і теплових автоматів захисту), що забезпечує відключення пошкоджених ділянок мережі або окремих споживачів або перемикання споживачів до нових ділянок мережі за допомогою автоматів включення резерву – АВР.

До апаратів захисту окрім раніше вказаних загальних технічних вимог до авіаційного обладнання ЛА пред'являються і деякі додаткові – надійність спрацьовування, швидкодія і селективність (вибірковість) дії захисту, для захисту апаратури з великими пусковими струмами – інерційність.

Надійність спрацьовування захисту залежить від її чутливості, яка визначається відношенням струму при металевому короткому замиканні в зоні, що захищається, до струму спрацьовування захисту. Захист повинен реагувати на пошкодження або відхилення від нормального режиму роботи об'єкту, що захищається, на самому початку їх виникнення, не викликаючи помилкового відключення об'єкту внаслідок несправності самого апарату захисту.

Швидкодія захисту означає її здатність відключати пошкоджену ділянку протягом мінімального проміжку часу, щоб зменшити наслідки короткого замикання, зберегти живучість енергосистеми і якість ЕЕ, тобто зменшити зниження напруги у споживачів і зберегти стійкість роботи джерел ЕЕ, особливо при їх паралельній роботі. Нині деякі види захисту забезпечують швидкодію з часом спрацьовування 0,02 – 0,05 с.

Селективність (вибірковість) – здатність захисту відключати при аварійних режимах тільки пошкоджену ділянку мережі (тобто спрацьовує апарат захисту, найближчий до місця пошкодження).

Інерційність захисту унеможливлює її спрацьовування при дії короткочасних пускових струмів, що перевищують номінальні струми в ділянці, що захищається.

Виконання одночасно усіх перерахованих вимог при проектуванні захисної апаратури електричної мережі є важким, а іноді і суперечливим завданням. Так, наприклад, вимога швидкодії захисту нездійсненна при можливих короткочасних перевантаженнях (пускових струмах), де, навпаки, необхідно використовувати властивість інерційності захисту. Іноді не можна одночасно задовольнити вимогам селективності та швидкодії захисту при коротких замиканнях. В цьому випадку апаратура захисту виготовляється більш швидкодіючою, але менш селективною.

Захист живильних мереж, генераторів і їх фідерів від коротких замикань за принципом дії можна розбити на три основні види:

1. Струмовий захист, що реагує на величину струму в колі, що захищається, і що спрацьовує з витримкою часу (максимально-струмовий захист) або без витримки часу (струмове відсічення).

2. Диференціально-струмовий (подовжній і поперечний) захист, заснований на порівнянні струмів на початку і кінці ділянки мережі, що захищається.

3. Захист мінімальної напруги, діючий з витримкою часу при зниженні напруги на генераторі.

Максимально-струмовий захист. Вибір раціональної схеми і параметрів апаратів максимально-струмового захисту майже в усіх випадках дає можливість отримати необхідну селективність і мінімальний час відключення ділянки, в якій сталося коротке замикання, від справної частини мережі. До простих апаратів максимально-струмового захисту відносяться плавкі (ПВ, СП), тугоплавкі (ТП), інерційноплавкі (ІП) запобіжники і біметалічні автомати захисту мережі – АЗС, АЗР, АЗРГ, а також спеціальні пристрої подовжньо-струмового захисту.

Плавкі запобіжники випускаються на номінальні струми від 1 до 40 А. Запобіжники ТП виготовляють на номінальні струми 200, 300, 400, 600 і 900 А. Запобіжники ІП розраховані на номінальні струми 5, 10, 15, 20, 30, 35, 50, 75, 100, 150 і 250 А.

У основу принципу дії біметалічних, або теплових, автоматів захисту покладений процес деформації (вигину) біметалічного елементу (що складається з двох зварених пластин з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення) при його нагріві. Як матеріал з низьким коефіцієнтом лінійного розширення (термоінертного компонента) найчастіше застосовується інвар, що є сплавом залізонікелю (інвар марки ЭН-36: 36% Ni; 0,4% Мn; 0,4% Cu, решта заліза). Як термоактивні компоненти з високим коефіцієнтом лінійного розширення використовують хромонікелеву або молібденонікелеву сталь, латунь, константан та ін.