Контакторы АВР
Контакторы АВР: устройство, принцип действия, классификация и применение в системах автоматического ввода резерва
Контакторы, используемые в схемах автоматического ввода резерва (АВР), являются ключевыми исполнительными устройствами, отвечающими за коммутацию силовых цепей между основным и резервным источниками питания. Их надежность, быстродействие и соответствие условиям эксплуатации напрямую определяют бесперебойность электроснабжения ответственных потребителей. В отличие от обычных контакторов, аппараты в схемах АВР работают в специфическом режиме, характеризующемся редкими, но критически важными переключениями под нагрузкой, необходимостью работы в режиме длительного протекания номинального тока и повышенными требованиями к механической и электрической износостойкости.
Назначение и роль контакторов в схеме АВР
В классической двухвводной схеме АВР контакторы выполняют функцию силовых ключей, которые под управлением логического контроллера (реле АВР, микропроцессорного блока) подключают нагрузку к рабочему вводу, а при исчезновении напряжения на нем – отключают его и подключают нагрузку к резервному вводу. Основные функции: коммутация фазных проводников, обеспечение электрической изоляции между отключенными вводами, отключение токов короткого замыкания (в связке с защитными аппаратами) и длительное проведение рабочего тока нагрузки. От контактора требуется четкое и безотказное срабатывание по команде управления, а также механическая и электрическая блокировка, исключающая возможность одновременного включения двух вводов.
Конструктивные особенности и основные компоненты
Контактор АВР представляет собой электромагнитный аппарат дистанционного действия. Его конструкция включает несколько основных узлов:
- Магнитная система: Состоит из неподвижной части (сердечник) и подвижного якоря. Возврат в исходное положение осуществляется за счет возвратной пружины. Катушка управления рассчитана на длительное нахождение под напряжением.
- Контактная система: Включает силовые и вспомогательные контакты. Силовые контакты – мостикового или рычажного типа, изготавливаются из материалов с высокой электропроводностью и стойкостью к дугообразованию (серебро, металлокерамические композиты на основе серебра). Особое внимание уделяется дугогашению – используются камеры с деионными решетками или магнитным дутьем для быстрого гашения электрической дуги.
- Система блокировок: Механическая блокировка (в виде рычажного или кулачкового механизма) предотвращает одновременное включение двух аппаратов. Электрическая блокировка реализуется через размыкающие блок-контакты в цепях управления противоположного контактора.
- Корпус: Обеспечивает защиту от прикосновения к токоведущим частям и от попадания посторонних предметов. Степень защиты обычно IP20 для установки в щитах, но может быть выше для сложных условий.
- Переменного тока: Наиболее распространенный тип. Работают в сетях 50/60 Гц.
- Постоянного тока: Применяются реже, в специализированных установках.
- 3-полюсные: Для коммутации трех фаз. Наиболее частая конфигурация.
- 4-полюсные: Для коммутации трех фаз и нейтрального проводника. Применяются в системах с глухозаземленной нейтралью (TN-S, TN-C-S), где требуется разрыв нейтрали.
- Нереверсивные (одиночные): Отдельный аппарат.
- Реверсивные (сблокированные): Два контактора, механически и электрически сблокированных между собой на общем основании. Являются оптимальным готовым решением для АВР, так как уже содержат необходимые блокировки.
- Номинальное рабочее напряжение (Ue): Должно соответствовать напряжению сети (380В, 660В).
- Номинальный рабочий ток (Ie) для категории AC-3: Определяется током нагрузки. Учитывается температура окружающей среды – при повышенной температуре требуется коррекция в сторону увеличения.
- Коммутационная износостойкость: Количество циклов ВКЛ-ВЫКЛ под нагрузкой. Для АВР, где переключения редки, достаточно показателя 0.5 – 1 млн. циклов.
- Механическая износостойкость: Количество циклов без тока. Обычно на порядок выше коммутационной (10-30 млн.).
- Напряжение и тип катушки управления: Должны соответствовать цепям управления щита (обычно ~230В AC, 24V DC).
- Наличие и количество вспомогательных контактов: Необходимы для сигнализации положения, блокировок и взаимодействия с контроллером АВР. Требуется минимум 1НО + 1НЗ на аппарат.
- Степень защиты (IP): Для установки в закрытых щитах – IP20, для пыльных или влажных помещений – IP40, IP54.
- Наличие реверсивной сборки и механической блокировки: Использование готового реверсивного блока повышает надежность и упрощает монтаж.
- Силовую часть: Питание от вводов через автоматические выключатели (QF1, QF2) на силовые контакты КМ1 и КМ2. Выходные контакты объединяются на сборных шинах нагрузки.
- Цепь контроля напряжения: Реле контроля фаз (KV1, KV2), контролирующие наличие и качество напряжения на каждом вводе.
- Цепь управления: Логика, реализуемая на реле времени, промежуточных реле или микропроцессорном контроллере. Обеспечивает приоритет основного ввода, временную задержку на переключение (для исключения ложных срабатываний), контроль восстановления основного ввода.
- Цепи блокировок: Механическая блокировка между КМ1 и КМ2. Электрическая блокировка через нормально-замкнутые (размыкающие) блок-контакты КМ1 в цепи катушки КМ2 и наоборот.
- Внешний осмотр на отсутствие механических повреждений, загрязнений, следов перегрева.
- Проверку механической подвижности при отключенном питании.
- Контроль износа контактов. Допустимый износ указывается производителем. При значительном износе или подгаре контакты требуют замены.
- Очистку контактных поверхностей от пыли и окислов специальным растворителем или мелким напильником (с последующей протиркой).
- Проверку надежности электрических соединений, подтяжку винтовых клемм.
- Контроль состояния дугогасительных камер.
Классификация контакторов для АВР
Контакторы для систем АВР можно классифицировать по ряду ключевых параметров:
1. По роду тока главной цепи и цепи управления
2. По количеству полюсов
3. По номинальному току
Ряд номинальных токов стандартизирован: 9А, 12А, 16А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А, 80А, 100А, 125А, 160А, 200А, 250А, 315А, 400А, 630А и выше. Выбор осуществляется с запасом 10-15% от рабочего тока нагрузки.
4. По наличию реверсивной сборки
5. По категории применения (по ГОСТ/МЭК)
Наиболее важный параметр, определяющий условия коммутации.
| Категория применения | Нагрузка | Условия коммутации | Применимость в АВР |
|---|---|---|---|
| AC-1 | Активная или слабоиндуктивная нагрузка | cos φ ≥ 0.95 | Для резистивных нагревателей, ламп накаливания. |
| AC-3 | Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором | Пуск, отключение вращающегося двигателя | Основная категория для АВР, если нагрузка включает группы электродвигателей. |
| AC-4 | Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором | Пуск, торможение противотоком, толчковый режим | Для АВР с частыми переключениями или тяжелыми условиями пуска. |
| AC-5a | Цепи разрядных ламп | Коммутация при пуске | Для осветительных нагрузок с ПРА. |
| AC-6a | Коммутация батарей конденсаторов | Пусковые токи до 20*Iн | В схемах АВР для УКРМ (установок компенсации реактивной мощности). |
Для универсальных систем АВР, где характер нагрузки смешанный, выбор чаще всего останавливается на контакторах категории AC-3, как наиболее распространенных и обеспечивающих достаточный запас по коммутационной способности.
Критерии выбора контакторов для схем АВР
Выбор конкретной модели контактора осуществляется на основе технико-экономического расчета с учетом следующих параметров:
Схемы управления и подключения в системе АВР
Базовая схема АВР на двух контакторах (КМ1 – ввод 1, КМ2 – ввод 2) включает в себя:
При пропадании напряжения на основном вводе, реле KV1 снимает питание с катушки КМ1. После выдержки времени, заданной для подтверждения устойчивости аварии, контроллер через разомкнувшийся блок-контакт КМ1 подает питание на катушку КМ2, подключая резервный ввод.
Сравнение с другими аппаратами коммутации в АВР
| Параметр | Контакторы | Автоматические выключатели с моторным приводом | Рубильники с электродвигательным приводом |
|---|---|---|---|
| Быстродействие | Высокое (50-100 мс) | Низкое (200-500 мс и более) | Низкое (несколько секунд) |
| Коммутационный ресурс | Очень высокий (сотни тысяч — миллионы циклов) | Низкий (тысячи циклов) | Низкий (сотни — тысячи циклов) |
| Стоимость | Умеренная | Высокая | Умеренная/Высокая |
| Функция защиты | Нет (требует установки предохранителей или автоматов) | Да (встроенные расцепители) | Нет |
| Визуальная индикация разрыва | Нет | Да | Да |
| Типовое применение в АВР | Сети до 630А, частые переключения не требуются, но важна надежность. | Сети высоких токов (свыше 630А), где важна совмещенная функция защиты и коммутации. | Сети, где требуется видимый разрыв цепи, переключения крайне редки. |
Эксплуатация, обслуживание и типовые неисправности
Эксплуатация контакторов АВР требует периодического технического обслуживания, которое включает:
Типовые неисправности: перегрев из-за ослабления контактного соединения или износа контактов; дребезг или неполное включение из-за загрязнения, износа направляющих или неверного напряжения на катушке; отказ катушки управления; залипание контактов при токе КЗ, превышающем отключающую способность.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем контактор АВР отличается от пускателя?
Термины часто используются как синонимы. Строго говоря, магнитный пускатель – это комплектное устройство на основе контактора, дополненное тепловым реле перегрузки и кнопочной станцией. В схемах АВР используется, как правило, контактор в чистом виде, так как защита от перегрузки и КЗ обеспечивается вводными автоматическими выключателями, а управление осуществляется от контроллера АВР.
Нужно ли использовать реверсивные блоки контакторов для АВР?
Да, это является рекомендуемой и наиболее надежной практикой. Реверсивный блок представляет собой два механически сблокированных контактора, смонтированных на общей раме. Такая конструкция гарантированно исключает возможность одновременного включения обоих аппаратов, что критически важно для безопасности и предотвращения встречного включения источников.
Как выбрать номинальный ток контактора для АВР, если нагрузка смешанная (двигатели и освещение)?
Расчет ведется по полному току нагрузки, определенному по проекту или измеренному. Выбранный номинальный ток контактора для категории AC-3 (Ie) должен быть не менее этого значения. Рекомендуется запас 15-20%. Если в нагрузке присутствуют мощные двигатели, необходимо также проверить, что пусковые токи не приведут к свариванию контактов. В сложных случаях требуется расчет по пиковому току.
Что важнее в контакторе для АВР – механическая или коммутационная износостойкость?
Для классических схем АВР с редкими переключениями (несколько раз в месяц/год) более важна механическая износостойкость, так как она определяет общий ресурс аппарата в годах эксплуатации. Коммутационная износостойкость должна быть достаточной для гарантированного отключения возможных токов нагрузки (в т.ч. двигательных). В системах с частыми переключениями (например, при работе с генераторами) приоритет смещается в сторону высокой коммутационной износостойкости.
Можно ли использовать контакторы на 380В в сети 660В и наоборот?
Нет, это недопустимо. Контактор имеет конкретное номинальное рабочее напряжение (Ue). Его применение при более высоком напряжении приведет к пробою изоляции и невозможности погасить дугу. Применение на более низком напряжении допустимо по напряжению, но номинальный ток должен быть пересчитан, так как он часто указывается для напряжения 380В.
Как реализовать задержку переключения на резерв и возврата с помощью контакторов?
Сама по себе контакторная схема не создает задержек. Задержки формируются логическим элементом системы АВР – реле времени, программируемым реле или микропроцессорным контроллером. Эти устройства, получив сигнал об исчезновении напряжения, выдерживают заданную временную уставку (обычно 1-10 секунд) и только затем подают команду на отключение основного и включение резервного контактора. Аналогично организуется задержка возврата (от 5 до 30 минут) для стабилизации основного источника.
Почему в некоторых схемах АВР используют 4-полюсные контакторы?
4-полюсные контакторы применяются в системах электроснабжения, где требуется обязательная коммутация нейтрального проводника (N). Это необходимо в схемах TN-S и TN-C-S для обеспечения безопасности при переключении на резервный источник, у которого нейтраль может иметь другой потенциал или быть изолированной. Коммутация нейтрали исключает появление уравнительных токов и обеспечивает корректную работу устройств защитного отключения (УЗО).