Электрические аппараты, предназначены для включения и отключения, управления, регулирования и защиты электрооборудования и участков электрических цепей. В зависимости от назначения их разделяют на четыре группы:
коммутационные — для включения и отключения электрических цепей;
защиты — защищающие электрические цепи от перегрузки, токов короткого замыкания, недопустимого повышения напряжения, снижения или исчезновения напряжения;
токоограничивающие и пускорегулирующие — для пуска, регулирования частоты вращения двигателей, изменения тока в электрических цепях, ограничения тока при коротком замыкании;
выполняющие одновременно несколько из перечисленных выше функций — включение и отключение электрических цепей, защита их от перегрузок, токов короткого замыкания и др.
В зависимости от номинального напряжения различают электрические аппараты до 1000 В (обычно до 660 В) и свыше 1000 В.
В электрических аппаратах чаще всего повреждаются подвижные и неподвижные рабочие контакты, а также промежуточные и дугогасительные, реже детали механизмов, пружины, пластины дугогасительных камер и изоляция.
Основным показателем качества любого контакта является его переходное сопротивление, которое зависит главным образом от состояния контактных поверхностей и степени прижатия их одна к другой, так как контактные поверхности соприкасаются не по всей их площади, а только в отдельных точках, называемых точками соприкосновения. Плохо обработанные и окислившиеся контакты имеют большое переходное сопротивление.
Тщательная слесарная обработка контактных поверхностей позволяет убрать оксидную пленку и получить наибольшее количество точек соприкосновения. Контактные поверхности медных контактов рекомендуется обрабатывать надфилем или напильником.
В электроустановках напряжение до 1000 В в качестве силовых выключателей используются рубильники, пакетные выключатели, автоматические выключатели, магнитные пускатели, контакторы. При отключении этих аппаратов возникающая между контактами дута легко гасится без применения специальных дутогасительных устройств (в рубильниках) или с помощью простых дутогасительных приспособлений (дугогасительных решеток в контакторах или автоматических выключателях). Легкость гашения дуги в этих случаях объясняется тем, что при сравнительно низком напряжении напряженность электрического поля между расходящимися контактами небольшая, воздух ионизируется незначительно, поэтому дуга неустойчивая и быстро гаснет.
2. 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. 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 выполняют на токи до нескольких тысяч ампер. В зависимости от количества полюсов они бывают одно-, двух- и трехполюсные. Основными частями выключателя являются контактная и дугогаси-тельная системы и механизм свободного расцепления (рис. 1).
Контактная система автоматических выключателей небольшой мощности (на токи до 100 А) может быть одноступенчатой (рис. 2, а) или двухступенчатой (главные и дугогасительные контакты). Одному пенчатую 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. 2, б) контактная группа выключателя состоит из главных (рабочих), промежуточных (переходных) и дутогасительных (разрывных) контактов. Промежуточные контакты служат для облегчения перехода тока с главных контактов на дугогасительные при отключении.
Рис. 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; 22 — панель зажимов; 12 — отключающий валик; 23 — главный вал; 14 — селективный валик; 25 — коммутатор; 26 — пружина отключения выключателя; 17 — дугогасительная камера; 28 — огнестойкая перегородка; 29, 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
Рис. 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 дутогасительных (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, которая под воздействием электродинамических сил растягивается вдоль пластин решетки, разделяется на ряд мелких дуг и, соприкасаясь 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 шарнирно связанных 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 электроремонтном 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 дутогасительных 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 дутогасительных — 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) дутогасительных 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.