ПУСКАТЕЛЬ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫЙ РУДНИЧНЫЙ

Полезная модель относится к средствам безопасного применения электроэнергии в угольных шахтах, а также во взрывоопасных помещениях, атмосфера которых может содержать горючие газы и пары, обладающие в смеси с воздухом взрывчатыми свойствами.
Известен взрывобезопасный магнитный пускатель (Авторское свидетельство СССР №1174566, кл. E21F 9/00, 1985 г), выполненный во взрывозащищенном корпусе, разделенном на контакторное отделение и отделение разъединителя, с размещенными в них блоками разъединителя, аппаратуры управления и защиты. Отделения закрыты крышками, сверху на корпусе расположены вводная и выводная коробки.
Недостатком известного пускателя является применение нескольких отдельных блоков для реализации защит, а именно, блок дистанционного управления БДУ, блок максимально токовой защиты МТЗ, блок тепловой защиты присоединений ТЗП, блок контроля изоляции БКИ, каждый из которых подлежит периодической проверке и калибровке, что увеличивает габариты узла защиты, усложняет процесс обслуживания и уменьшает надежность пускателя. Недостатком известного пускателя является также отсутствие информационного канала связи с единой автоматической системой управления (АСУ), и отсутствие устройств памяти для формирования архива событий, что значительно ограничивает функциональные возможности пускателя в современных условиях эксплуатации.
Известен взрывобезопасный магнитный пускатель (Авторское свидетельство СССР №1470978, кл. E21F 9/00, 07.04.89. Бюл. №13), выполненный во взрывозащищенном корпусе, содержащем разъединитель, контактор, чувствительные элементы, блоки БДУ, МТЗ, БКИ, ТЗП и блок питания, управляющий узел с подключенным к нему блоком индикации.
Недостатком данного пускателя является наличие нескольких отдельных блоков защит, а именно БДУ, МТЗ, ТЗП, БКИ, увеличивающих габариты узла защиты в целом, снижающих надежность пускателя, а так же усложняющих процесс обслуживания. К недостаткам также следует отнести отсутствие информационного канала связи с АСУ и устройств памяти для формирования архива событий.
Известен взрывобезопасный магнитный пускатель ПЭВ-1 (Руководство по эксплуатации ТЛСК.645317.002РЭ, ДКГШ 31.20.31 Макеевского завода шахтной автоматики), выполненный во взрывозащищенном корпусе, содержащий разъединитель, датчики тока, чувствительный элемент контроля утечки, блоки питания, индикации, дистанционного управления, к выходу которого подключена катушка управления контактора, а к входу - пульт дистанционного управления.
Недостатками известного пускателя является отсутствие индикации контролируемых параметров, отсутствие пофазного контроля напряжения трехфазной сети пускателя.
Известен выкатной элемент для комплектного распределительного устройства КРУ 6-10 кВ производства завода Силовой Электроаппаратуры «ЗСЭА» г. Чебоксары, где применяются втычные контакты типа «Тюльпан».
Недостатками данного контактного соединения является: сложность конструкции и технического изготовления, большие габариты, малое количество точек контактного соприкосновения.
Известен вакуумный выключатель серии ВБСК производства ОАО «Электрокомплект» г. Минусинск, где применяются втычные контакты типа «Тюльпан».
Недостатками данного контактного соединения является: сложность конструкции и технического изготовления, большие габариты, малое количество точек контактного соприкосновения.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и достигаемому результату является взрывобезопасный магнитный пускатель (Пат. РФ №2436219, МПК H02J 13/00, опубл. 2011.12.10 г.), содержащий корпус, в котором размещены разъединитель, датчики тока, чувствительный элемент контроля утечки, катушка управления контактором, блок питания, блок индикации, устройство сопряжения с внешними системами контроля, блок дистанционного управления, содержащий усилитель, к выходу которого подключена катушка управления контактором, а вход - к выходу устройства контроля асимметрии, которое подключено к искробезопасному источнику переменного напряжения и к линии дистанционного управления, в конце которой подключен пульт управления, блок дистанционного управления дополнительно содержит устройство контроля фазы, выход которого соединен с центральным блоком управления, к которому подключены также второй вход и второй выход усилителя, второй вход и второй выход устройства контроля асимметрии, что обеспечивает блоку дистанционного контроля свойства защитного отказа. В отделении разъединителя установлен датчик напряжения трехфазной сети. К центральному блоку управления дополнительно могут быть подключены датчик напряжения трехфазной цепи, установленный возле силовых цепей контактора, датчик температуры, блоки коммутационных элементов, устройства сопряжения с внешними системами диспетчеризации.
Недостатками указанного технического решения являются:
- отсутствие модуля, ведущего архив событий;
- значительное усложнение схемы управления, за счет введения дополнительных обратных связей от усилителей, устройств контроля асимметрии и контроля фазы.
Основной задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание взрывозащищенного пускателя, обеспечивающего упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей и повышение надежности.
Технический результат полезной модели достигается тем, что пускатель взрывозащищенный рудничный, содержащий взрывонепроницаемый корпус, разделенный на два отделения взрывонепроницаемой стенкой, в одном отделении установлен разъединитель-переключатель, который имеет модульную конструкцию с самоочищающимися врубными контактами, в другом размещен выкатной узел, на котором установлены вакуумный контактор, трансформатор, датчики тока и напряжения, дроссели и другие коммутирующие элементы, к корпусу примыкают две крышки, одна из которых быстрооткрываемая, два выводных и одно вводное отделения, на внутренней стороне быстрооткрываемой крышки установлены блок индикации и узел защит и управления, отличающийся тем, что узел защиты и управления выполнен в виде отдельного модуля, обеспечивающего функции релейной защиты, автоматики, управления, сигнализации и снабженного съемным модулем памяти.
Заявляемый технический результат достигается тем, что модуль защит и управления пускателя выполнен на базе микроконтроллера, что обеспечивает упрощение конструкции узла защиты, повышает надежность пускателя за счет устранения линий связи между отдельными блоками, а также упрощает процедуру периодической проверки и калибровки, так как диагностике подвергается всего лишь один модуль. Применение микроконтроллера позволяет обеспечить защиту присоединения в зависимости от характера нагрузки путем выбора типа защитной характеристики - нормально инверсной, сильно инверсной или чрезвычайно инверсной.
Для расширения функциональных возможностей пускателя модуль защит и управления снабжен съемным модулем памяти для ведения архива событий, что позволяет фиксировать токи и напряжения в фазах, потребляемую мощность, дату и время поступления команд на включение и отключение, ресурс безотказной работы и выявлять возможные причины отказов.
Выкатной узел пускателя соединен с разъединителем при помощи мультиконтактной системы, что повышает надежность контактного соединения и улучшает удобство в обслуживании пускателя.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема пускателя, на фиг. 2 - общий вид отделения разъединителя, на фиг. 3 - структурная схема выкатного узла, на фиг. 4 - конструкция мультиконтактного соединения, на фиг. 5 - общий вид блока защит и управления, на фиг. 6 - панель настроек блока защит и управления, на фиг. 7 - функциональная схема блока защит и управления, на фиг. 8-10 - характеристики отключения защиты от перегрузки блока защит и управления.
Пускатель (фиг. 1) состоит из взрывонепроницаемого корпуса 1 цилиндрической формы, двух крышек 2 и 3, примыкающих к корпусу с двух сторон, одна из которых 3 быстрооткрываемая, вводного 4 и двух выводных 5 и 6 (фиг. 2б) отделений прямоугольной формы, присоединенных к корпусу. Внутри корпуса установлены выкатной узел с коммутирующими элементами и узел защит.
Корпус 1 состоит из двух отделений - отделения разъединителя и аппаратного отделения, разделенных между собой взрывонепроницаемой стенкой 8 (фиг. 1б). В отделении разъединителя на взрывонепроницаемой стенке 8 закреплен разъединитель-переключатель 9, обеспечивающий как отключение пускателя от сети, так и переключение чередования фаз для реверса управляемого электродвигателя. Ось вращения подвижной частью разъединителя выведена за пределы корпуса и при помощи рычагов, расположенных на боковой стенке корпуса, связана с рукояткой управления 10 (фиг. 1а). Разъединитель-переключатель присоединяется к сети при помощи токоведущих шин (на чертеже не показаны) и шпилек 11 на проходных изоляторах 12 (фиг. 2а), проходящих через стенку корпуса во вводное отделение 4. С аппаратным отделением разъединитель-переключатель связан также при помощи шин и шпилек 13 на проходных изоляторах 14 (фиг. 1б), проходящих через взрывонепроницаемую стенку 8. Со стороны разъединителя корпус 1 пускателя закрывается глухой крышкой 2, закрепляемой при помощи болтов, а со стороны аппаратного отделения - быстрооткрываемой крышкой 3, подвешенной к корпусу 1 на шарнирах 15. Быстрооткрываемая крышка 3 снабжена замком в виде разжимного пружинного механизма, установленного на крышке со стороны аппаратного отделения. Управление замком осуществляется рукояткой 16, выведенной на лицевую сторону крышки. Корпус 1 установлен на специальных салазках 17 из профильной трубы.
Вводное отделение снабжено двумя кабельными вводами 18 и 19, расположенными на противоположных стенках и предназначенными для подключения силовых кабелей.
В аппаратном отделении пускателя размещен выкатной узел 20, собранный на каретке 21 с роликами 22, двигающимися по направляющим 23. Выкатной узел 20 содержит вакуумный контактор 24, трансформатор 25, три дросселя 26, электромагнитный контактор 27 (фиг. 3). На взрывонепроницаемой стенке 8 закреплен блок высоковольтных предохранителей 28 (фиг. 1б).
Выкатной узел электрически связан с разъединителем через разъемное мультиконтактное соединение (фиг. 4), представляющее собой штырь 29 и гнездо 30, между которыми установлен пружинный элемент 31, представляющий собой разрезанный вдоль оси цилиндр из тонкого материала с высокой электропроводностью. Цилиндр имеет продольные глухие прорези, образующие перфорированную структуру поверхности, которая вогнута внутрь цилиндра. В мультконтактном соединении внутренняя вогнутая поверхность цилиндра 31 обеспечивает многоточечное соединение со штырем 29, а крайние сплошные элементы цилиндра имеют контакт с гнездом 30. Таким образом, пружинный элемент обеспечивает многоточечный контакт между внешней поверхностью штыря и внутренней поверхностью гнезда. Штырем каждого контактного соединения служит выходной конец шпильки 13 проходного изолятора 14. Гнездо 30 контактного соединения присоединено к входным шинам вакуумного контактора 24. На гнездах 30 каждой фазы установлены датчики тока 32 (фиг. 1б). Выход силовой цепи вакуумного контактора при помощи токоведущих шин присоединен к шпилькам на проходных изоляторах в выводном отделении 5. На боковой стенке выводного отделения 5 имеется кабельный ввод 33 для присоединения силовой цепи нагрузки (фиг. 2б).
Разъединитель-переключатель состоит из трех сочленяющихся между собой контактных модулей, фиксирующего механизма, двух примыкакющих к модулям крышек, двух кронштейнов со стягивающими шпильками и вала. Каждый контактный модуль состоит из неподвижной части - корпуса с тремя самоочищающимися врубными контактами из меди и подвижной части - вала с влитым в него медным контактом ножевого типа.
Цепи управления пускателем, искробезопасные цепи и информационные цепи с блока защиты выведены в выводное отделение 6, к которому с двух сторон присоединены четыре кабельных ввода 34 для присоединения кабелей управления. Вводное и выводные отделения пускателя закрыты отдельными взрывонепроницаемыми крышками 35 с предупреждающими надписями на внешней поверхности.
Пускатель оснащен электрической и механической блокировками, обеспечивающими определенный порядок взаимодействия коммутирующей аппаратуры. Электрическая блокировка состоит в том, что для включения или отключения разъединителя необходимо нажать кнопку 36 (фиг. 3), размыкающую цепь питания привода вакуумного контактора. Механическая блокировка состоит из ограничителя 37, хода рукоятки разъединителя 10 и рычага 38, блокирующего рукоятку 16 быстрооткрываемой крышки 3 (фиг. 1). Перед открытием крышки 3 аппаратного отделения необходимо отключить разъединитель, предварительно отключив вакуумный контактор нажатием кнопки 36 и разблокировав рукоятку разъединителя 10 ограничителем хода 37. После этого повернуть рукоятку 16 против часовой стрелки примерно на 180 градусов и потянуть ее на себя.
На внутренней стороне быстрооткрываемой крышки 3 закреплен блок защит и управления (БЗУ) 39 (фиг. 3), представляющий собой микропроцессорное устройство, обеспечивающее функции защиты от различных аварийных режимов работы управляемого объекта. С блоком защиты электрически связан блок индикации 40, в котором при помощи светоиндикаторов закодированы различные аварийные ситуации, на которые реагирует блок защиты. Блок индикации закреплен в специальном окне 41 под бронированным стеклом. Рядом с окном на лицевой стороне крышки 3 установлена табличка 42 с расшифровкой кодов аварийных ситуаций и кнопка «Проверка» 43, предназначенная для контроля сопротивления изоляции отходящей линии до начала работы пускателя.
Блок защит и управления 39 выполнен в виде отдельного модуля 1 (фиг. 5), который закреплен на внутренней стороне быстрооткрываемой крышки 3 пускателя при помощи быстросъемных зажимов.
БЗУ выполнен на основе микроконтроллера и предназначен для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации присоединений напряжением 660/1140 В.
БЗУ обеспечивает следующие виды защит:
- от токов короткого замыкания;
- от перегрузки;
- от полного или частичного обрыва одной из фаз;
- от самопроизвольного включения при кратковременном повышении напряжения питающей сети до 150% номинального;
- от повторного самопроизвольного включения при исчезновении и последующего восстановления напряжения;
- от потери управляемости, при замыкании проводов управления между собой;
- от увеличения сопротивления заземляющей цепи между пускателем и управляемым электроприемником свыше установленного значения (50 Ом для 1140 В, 100 Ом для 660 В);
- от включения пускателя при снижении сопротивления отходящей линии ниже установленного значения;
- от перегрева подключенного двигателя при наличии в нем контактного или позисторного датчика температуры.
Изменение уставок защит выполняется регуляторами 2, расположенными на панели блока защит и управления. Общий вид панели настроек с назначением регуляторов представлен на фиг. 6.
Функциональная схема блока защит и управления (фиг. 7) включает в себя:
- микроконтроллер;
- узел токовой защиты;
- узел контроля изоляции;
- узел контроля сопротивления заземляющей цепи;
- узел контроля сопротивления датчика температуры;
- узел дистанционного управления;
- узел сопряжения с блоком индикации;
- карту памяти;
- узел сопряжения с датчиком напряжения;
- узел релейных выходов;
- узел интерфейса RS-485.
Узел токовой защиты выполняет функции защиты от коротких замыканий (КЗ) и перегрузок. С использованием измерительных цепей токовой защиты осуществляется измерение токов фаз. Для преобразования тока в фазах в сигналы для блока защит используются датчики тока на основе воздушных трансформаторов. Проверка целостности измерительных цепей производится автоматически при включении разъединителя и по требованию путем нажатия кнопки «Проверка». В этом случае к измерительным цепям подключается эталонный генератор напряжения с частотой 50 Гц.
В блоке защит предусмотрено три характеристики отключения по перегрузке: нормально инверсная, сильно инверсная или чрезвычайно инверсная.
Нормальная инверсная характеристика применяется для двигателей без инерционной нагрузки. При этом защита срабатывает, если происходит длительный пуск электродвигателя при недопустимо большой нагрузке со стороны приводимого механизма.
Сильно инверсная характеристика используется для защиты от перегрузки двигателей при прямом пуске, нагруженных на инерционные механизмы.
Чрезвычайно инверсная характеристика используется при тяжелых условиях пуска (нагруженные механизмы и механизмы с очень большой инерцией).
Характеристики отключения защиты от перегрузки приведены на фиг. 8-10.
ном
Так, например, зная коэффициент перегрузки I/I и постоянную времени, устанавливаемую на БЗУ, можно по соответствующей характеристике определить время срабатывания защиты.
Узел контроля изоляции состоит из источника напряжения 100 В, ток КЗ которого ограничен до 1 мА, и измерительного преобразователя. Данные о состоянии изоляции получает блок микропроцессора, разрешая или запрещая включение исполнительных реле и включение главного вакуумного контактора. Контроль сопротивления цепи освещения производится непрерывно. Контроль сопротивления главной цепи производится при выключенном главном вакуумном контакторе. Перед включением вакуумного контактора узел блокировки отключается от контролируемой цепи.
Узел контроля сопротивления заземляющей цепи. Проверка целостности заземляющего провода осуществляется за счет подключения к контролируемой цепи источника переменного напряжения частотой 133 Гц. При этом также контролируется разрыв, замыкание контрольного провода или попадание на него постороннего напряжения частотой 50 Гц. Для правильного определения целостности заземляющего провода в присоединенном оборудовании должен быть установлен диод, расположенный анодом к корпусу пускателя. Данная цепь гальванически не связана с другими цепями и является искробезопасной.
Узел контроля сопротивления датчика температуры двигателя. Для защиты присоединенного к пускателю электродвигателя осуществляется слежение за состоянием встроенного в двигатель температурного датчика. Температурный датчик может быть как контактного типа (размыкается при превышении допустимой температуры), так и позисторного типа (резко увеличивает сопротивление при превышении допустимой температуры). Схема, следящая за состоянием датчика, контролирует его сопротивление путем измерения падения напряжения под действием протекающего постоянного тока. Блок микроконтроллера оценивает величину сопротивления и при необходимости производит отключение главного вакуумного контактора. Схема имеет гальваническое разделение от других цепей и является искробезопасной.
Узел дистанционного управления предназначен для дистанционного включения и выключения главного вакуумного контактора путем управления по двум проводам. В цепь дистанционного управления подается переменное напряжение частотой 133 Гц. Специальная схема контролирует сопротивление цепи для каждой полуволны. В зависимости от сопротивления при разных полуволнах напряжения блоком микроконтроллера производится принятие решения о включении или выключении главного вакуумного контактора. Схема узла дистанционного управления является также искробезопасной.
Микроконтроллер выполняет логические функции защит, обеспечивает автоматическое тестирование схемы при включении пускателя и передачу необходимой информации на блок индикации и на АСУТП, обеспечивает внутреннее самотестирование и блокировку включения при неисправности, архивирование данных с помощью карты памяти, измерение входного напряжения пускателя. Уставки значений номинального тока, кратности максимального тока, сопротивления блокировки, времени включения и отключения и т.п. устанавливаются до подачи питающего напряжения на блок защит. При включении пускателя и подаче напряжения на БЗУ он в первую очередь осуществляет внутреннее самотестирование и считывание уставок. Согласно уставкам настраиваются все защиты. Готовность БЗУ к включению наступает не позднее 3 секунд после подачи питания.
Протоколирование срабатываний защит. Для ведения протокола срабатывания защит предусмотрена энергонезависимая карта памяти, где сохраняются время и обстоятельства срабатывания защит. При необходимости эти данные могут быть считаны и использованы для восстановления картины аварийной ситуации.
Для подключения ПК или включения в АСУТП через интерфейс RS-485 в БЗУ предусмотрен разъем. Схема интерфейса RS-485 имеет гальваническое разделение от других цепей и является искробезопасной.
Узел релейных выходов, выполненный на базе малогабаритных электромагнитных реле, служит в качестве коммутационных элементов в схемах управления, защиты и блокировок.
Узел сопряжения с датчиком напряжения предназначен для измерения напряжения питающей цепи пускателя.
Использование в устройстве современной микропроцессорной элементной базы обеспечивает высокую точность измерений и постоянство характеристик, что позволяет существенно повысить чувствительность и быстродействие защит.
Предлагаемая полезная модель позволяет создать пускатель взрывозащищенный рудничный, обладающий расширенными функциональными возможностями и высокой надежностью.