ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫЙ МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК H01H9/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к взрывозащищенным электрическим аппаратам управления и защиты, электромагнитным пускателям, автоматическим выключателям, станциям управления, предназначенным для управления силовыми электроприемниками, преимущественно, трехфазными электродвигателями, установленными во взрывоопасных производствах.

Известны конструкции взрывобезопасных магнитных пускателей, состоящие из нескольких обособленных взрывонепроницаемых камер: аппаратной, вводной и выводной [1]. Камеры закрываются отдельными крышками с фланцевой защитой от взрыва. Напряжение подводится во вводную камеру, откуда через проходные зажимы и через резъединитель или напрямую подается в аппаратную камеру, в которой размещена аппаратура коммутации, защиты и сигнализации. Таким же образом напряжение выводится из аппаратной камеры в выводную камеру. Проходные зажимы расположены в перегородках взрывобезопасных камер. Недостатком таких пускателей является сложность конструкции, обусловленная наличием нескольких взрывозащищенных камер, большим количеством проходных зажимов с изоляционными втулками, необходимых для электрической связи камер пускателя, большие габариты и масса, трудоемкость изготовления.

Известен взрывозащищенный электрический аппарат, который принят в качестве прототипа, содержащий взрывозащищенную оболочку, имеющую взрывонепроницаемую аппаратную камеру и камеру вводов, по крайней мере один коммутационный аппарат, установленный в аппаратной камере, а также механизмы управления, имеющие искрящие элементы, проходные зажимы для электрического соединения цепей аппарата [2]. Аппарат снабжен дополнительной взрывозащищенной оболочкой. На одной из стенок, разделяющей взрывозащищенные оболочки, размещены проходные зажимы, при этом в камере вводов размещена еще дополнительная взрывозащищенная оболочка, в которой установлен механизм управления в виде кнопочного поста. Недостатком такого аппарата является сложность конструкции, обусловленная наличием по крайней мере трех взрывозащищенных оболочек при относительно небольшом числе аппаратов, ограниченные функциональные возможности по управлению и защите электродвигателей от аварийных режимов работы. Электрическая схема пускателя позволяет производить только местное управление электродвигателем путем непосредственного воздействия оператором на встроенный в оболочку механизм управления.

Целью изобретения является снижение габаритов и массы и расширение функциональных возможностей аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что взрывозащищенный малогабаритный электрический аппарат, содержащий взрывозащищенную аппаратную оболочку, крышку, которая крепится к оболочке болтами или на резьбе, вводное устройство с кабельными вводами, по крайней мере один коммутационный аппарат, установленный в аппаратной оболочке, блок зажимов и механизмы управления, при этом полость взрывозащищенной аппаратной оболочки, закрываемой крышкой, имеет утолщенный фланец для обеспечения взрывонепроницаемого соединения, аппаратная оболочка снабжена по крайней мере одним искробезопасным блоком управления, к входам которого через линию связи подключен механизм управления, а блок зажимов устройства ввода имеет цилиндрическую форму и закреплен на резьбе в проходном отверстии одной из стенок аппаратной оболочки с образованием взрывонепроницаемого сопряжения и имеет две изоляционные колодки с набором одноименных клеммных зажимов, к внутренней колодке подключены цепи управления коммутационного аппарата и искробезопасного блока, а к наружной - кабели ввода напряжения, механизмов управления и нагрузки, блок зажимов с наружной стороны закрыт кожухом с уплотнительными прокладками, размещенными в пазах его фланцев, на кожухе установлены кабельные вводы по числу подключаемых кабелей.

Для защиты от несимметричных аварийных режимов работы при подключении электродвигателей, в аппаратной оболочке дополнительно установлен блок фазотоковой защиты, вход которого подключен к выходу импульсных трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в силовую цепь последовательно с контактами коммутационного аппарата, а выход включен последовательно с катушкой управления коммутационного аппарата.

Для защиты от перегрузки при подключении электродвигателей, в аппаратной оболочке дополнительно установлен электронный блок температурной защиты, вход которого соединен с встроенными в электродвигатель температурными датчиками, а выход включен последовательно с катушкой управления коммутационного аппарата.

Для управления электродвигателем по схеме переключения "звезда-треугольник", в аппаратной оболочке дополнительно установлен искробезопасный блок управления на два канала, два коммутационных аппарата, главные контакты которых подключены к выводам обмотки статора, в цепь катушек управления аппаратов включены выходные контакты каналов искробезопасного блока управления, а к входным цепям каналов подключены кнопки переключения "звезда-треугольник".

Принципиально новым существенным отличием предлагаемого аппарата является применение в нем только одной взрывонепроницаемой оболочки - аппаратной. Вводное устройство в совокупности с блоком зажимов удовлетворяет требованиям на взрывозащищенность с уровнем взрывозащиты - "защита вида "е". Его корпус имеет облегченную конструкцию и может изготавливаться из пластмассы или тонкого листового металла. Включение в электрическую схему аппарата искробезопасных блоков управления сделало возможным подсоединение к их входным цепям механизмов управления, имеющих искрящие элементы, но при этом не требующих заключения во взрывонепроницаемую оболочку.

Новизна предлагаемой конструкции аппарата заключается в его более широких функциональных возможностях как по управлению (местное и дистанционное включение электродвигателя, регулируемый пуск), так и по защите от аварийных режимов работы (от перегрузки, несимметрии напряжения питания, обрыва фазы, одно- и двухфазных коротких замыканий). При этом разветвленность электрической схемы не приводит к увеличению габаритов аппарата.

На фиг.1 и 2 приведена конструкция взрывозащищенного электрического аппарата с плоской крышкой; на фиг.3 и 4 - то же, с круглой крышкой; на фиг.5 - приведены варианты электрических схем в зависимости от типоисполнения аппарата; фиг.5 - для аппарата с двумя реверсивными коммутационными аппаратами; фиг.6 - для аппарата с фазотоковой защитой от несимметричных аварийных режимов работы в комплекте с импульсными трансформаторами тока; фиг.7 - для аппарата с защитой от перегрузки в комплекте со встроенными температурными датчиками; фиг.8 - для аппарата управления электродвигателем с переключением обмоток со "звезды" на "треугольник".

Аппарат содержит взрывонепроницаемую оболочку 1 с утолщенными фланцами 2 плоской или круглой формы, которые образуют с крышкой 3 взрывонепроницаемое сопряжение и соединяются с ней с помощью болтов или на резьбе, панели 4 и 5, на которых смонтированы коммутационные аппараты 6, искробезопасные блоки управления 7, а также в зависимости от исполнения электрической схемы электронные блоки защиты 8 и датчики 9. Аппарат также содержит вводное устройство, состоящее из блока зажимов 10, кожуха 11, уплотнительных прокладок 12, кабельных вводов 13 и подключаемые к вводному устройству механизмы управления 14.

Взрывозащищенность аппаратной камеры достигается тем, что в месте фланцевых соединений оболочки 1 и крышки 3, оболочки 1 и блока зажимов 10 обеспечивается требуемый уровень взрывозащиты вида "взрывонепроницаемая оболочка". При этом полость оболочки имеет утолщенный фланец. Взрывозащищенность вводного устройства с уровнем защиты вида "е" обеспечивается за счет применения надежной конструкции клеммных зажимов, исключающей потерю или ослабление контакта в процессе эксплуатации, конструктивного выполнения изоляционных клеммных панелей в виде выступающих разделительных перегородок, а также применением уплотнительных прокладок между оболочками аппарата и вводного устройства, между оболочкой и крышкой вводного устройства.

Сборку и монтаж элементов аппарата (коммутационных аппаратов, искробезопасных блоков управления, электронных блоков защиты и датчиков) производят на панелях 4 и 5, которые в сборе представляют собой выемной каркас. После сборки его вставляют во внутрь оболочки 1 и закрепляют. Производят подключение выходных цепей панелей к внутренней колодке блока зажимов 10. Для удобства монтажа и обслуживания при проведении профилактических и ремонтных работ верхняя панель может поворачиваться вверх на 90^о.

Подключение напряжения питания аппарата, силовой нагрузки и цепей управления осуществляется через кабели, подсоединяемые к наружной колодке блока зажимов 10. Кабели механизмов управления 14, являющиеся искробезопасными цепями, подключают к клеммным зажимам, отделенным от неискробезопасных, выступающей перегородкой.

Электрическая схема аппарата работает следующим образом (рассмотрим на примере фиг. 5). При замыкании кнопки механизма управления 14 искробезопасный ток будет протекать от источника питания 15, через входную цепь блока управления 7 (клемма 6), провод линии связи, замкнутый контакт кнопки, обратный провод линии связи, клемму 7 блока управления. При этом сработает исполнительная часть блока 7 с выходным промежуточным реле, которое замкнет свой контакт в цепи катушки 17 пускателя. Силовые контакты 21-23 замкнутся и подключат нагрузку к выходу 1. Для переключения аппарата в режим реверса используется второй канал блока 7, что приводит к включению катушки 18 пускателя и его силовых контактов 24-26.

Аналогично работает другая часть схемы с выходом 2.

Электрическая схема аппарата обеспечивает защиту от потери управляемости при коротком замыкании или обрыве жил линии связи. Достигается это за счет включения в общий провод искробезопасной цепи (клеммы 7 и 10) полупроводникового диода, который при коротком замыкании будет зашунтирован, а при обрыве отключен. При этом в цепи будет пpотекать переменный ток синусоидальной формы, что не позволит включиться исполнительной части блока 7, а значит и нагрузке.

Принцип работы электрических схем других типоисполнений аппарата (см. фиг.6-8), касающийся общей части управления, аналогичен описанному. В остальной части схемы имеют дополнительные отличия. Особенность схемы (см. фиг. 3в) состоит в том, что блок фазотоковой защиты конструктивно выполнен в виде двух узлов: реагирующего органа и импульсных трансформаторов тока, которые не требуют дополнительного увеличения габаритов аппарата, так как первичными обмотками их служат изолированные проводники, пропущенные через кольцевые сердечники из феррита с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ). Вторичные обмотки трансформаторов соединены в открытый треугольник, к выходу которого подключен электронный блок. При нормальном режиме работы в электродвигателе и в питающей сети сдвиг между токами фаз составляет 120^о, а интервал между импульсами на вторичных обмотках - около 6,6 мс. При аварийном режиме (обрыве фазы или обрыве обмотки статора, несимметрии напряжения питания, витковых и несимметричных коротких замыканиях) сдвиг между токами будет отличаться от 120^о. Например, при обрыве фазы он составит 180^о, а при обрыве обмотки статора, соединенного в треугольник - два угла будут составлять по 150^о, а один угол 60^о. При этом интервал между импульсами будет равен соответственно 10 мс и 8,3 мс, т.е. больше, чем 6,6 мс, что вызовет срабатывание реагирующего органа электронного блока защиты 8, выходной контакт которого разомкнет цепь питания катушек 17 и 18 пускателя.

Особенность электрической схемы аппарата (см. фиг.7в) состоит в подключении позисторных термодатчиков 9 к блоку температурной защиты 8, расположенному в аппаратной оболочке 1. При этом выполнение требований взрывозащиты достигается конструктивными особенностями блока зажимов 10, обеспечивающего допустимую электрическую изоляцию на входе блока 8.

Отличие электрической схемы аппарата (см. фиг.8) состоит в том, что переключение статорных обмоток по схеме "звезда"-"треугольник" осуществляется дистанционно от кнопочного поста по искробезопасным цепям с применением минимального количества элементов: двух коммутационных аппаратов 27-29 и 30-32, одного искробезопасного блока 8 и механизма управления 16.

Таким образом, предлагаемая конструкция взрывозащищенного малогабаритного аппарата по совокупности всех свойств по сравнению с известным взрывозащищенным аппаратом обладает меньшими габаритами и массой за счет сокращения взрывонепроницаемых оболочек, а также более широкими функциональными возможностями по управлению и защите подключаемых электродвигателей за счет применения комбинированной электрической схемы.

Использование: в электротехнике, в станциях управления, предназначенных для управления силовыми электроприемниками, преимущественно трехфазными электродвигателями, установленными во взрывоопасных производствах. Сущность изобретения: аппарат содержит взрывонепроницаемую аппаратурную оболочку, крышку, которая крепится к оболочке болтами или на резьбе, вводное устройство с кабельными вводами, по крайней мере один коммутационный аппарат. Для снижения габаритов и массы, аппарат снабжен по крайней мере одним искробезопасным блоком управления к входам которого через линию связи подключен механизм управления, искрящие контакты которого не требуют заключения во взрывонепроницаемую оболочку. Достаточным по условию взрывозащиты является прокладка жил кабеля в отдельном жгуте и подключение их к клеммным зажимам вводного устройства, отделенных от остальных изоляционной перегородкой. В зависимости от исполнения аппарат снабжен блоками защиты от аварийных режимов работы, входы которых подключены к датчикам съема информации. 1 с, 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫЙ МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АППАРАТ, содержащий взрывозащищенную аппаратную оболочку, крышку, которая крепится к оболочке болтами или на резьбе, вводное устройство с кабельными вводами, по крайней мере один коммутационный аппарат, установленный в аппаратной оболочке, блок зажимов и механизмы управления, отличающийся тем, что полость взрывозащищенной аппаратной оболочки, закрываемой крышкой, имеет утолщенный фланец для обеспечения взрывонепроницаемого соединения, аппаратная оболочка снабжена по крайней мере одним искробезопасным блоком управления, к входам которого через линию связи подключен механизм управления, а блок зажимов устройства ввода имеет цилиндрическую форму и закреплен на резьбе в проходном отверстии одной из стенок аппаратной оболочки с образованием взрывонепроницаемого сопряжения и имеет две изоляционные колодки с набором одноименных клеммных зажимов, к внутренней колодке подключены цепи управления коммутационного аппарата и искробезопасного блока, а к наружной - кабели ввода напряжения, механизмов управления и нагрузки, блок зажимов с наружной стороны закрыт кожухом с уплотнительными прокладками, размещенными в пазах его фланцев, на кожухе установлены кабельные вводы по числу подключаемых кабелей. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что для защиты от несимметричных аварийных режимов работы при подключении электродвигателей в аппаратной оболочке дополнительно установлен блок фазотоковой защиты, вход которого подключен к выходу импульсных трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в силовую цепь последовательно с контактами коммутационного аппарата, а выход включен последовательно с катушкой управления коммутационного аппарата. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что для защиты от перегрузки при подключении электродвигателей в аппаратной оболочке дополнительно установлен электронный блок температурной защиты, вход которого соединен с встроенными в электродвигатель температурными датчиками, а выход включен последовательно с катушкой управления коммутационного аппарата. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что для управления электродвигателем по схеме переключения звезда-треугольник в аппаратной оболочке дополнительно установлены искробезопасный блок управления на два канала, два коммутационных аппарата, главные контакты которых подключены к выводам обмоток статора, в цепь катушек управления аппаратов включены выходные контакты каналов искробезопасного блока управления, к входным цепям каналов подключены кнопки переключения звезда-треугольник.