RU2028019C1

RU2028019C1 - Explosion-proof small-sized electric gear

Info

Publication number: RU2028019C1
Authority: RU
Inventors: В.Д. Галкин; В.С. Дзюбан; Г.В. Тимченко
Original assignee: Галкин Василий Дмитриевич
Priority date: 1991-08-04
Filing date: 1991-08-04
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: invention is meant for stations controlling mainly three-phase electric motors installed in explosive departments. Gear includes explosion-impenetrable shell, cover attached to shell with bolts or thread, input device with cable terminals, at least one commutator. Gear is fitted with at least one spark-proof control unit which sparking contacts do not require encasement in explosion-impenetrable shell to reduce dimensions and mass. In compliance with conditions of explosion protection it is sufficient to lay conductors of cable is separate bundle and to connect them to terminals of input device separated from the rest with insulation partition. Depending on make gear is provided with units of protection against emergency operational modes which inputs are linked to pickups of information reading. EFFECT: increased safety and reliability of operation. 5 cl, 8 dwg

Description

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. The invention relates to electrical engineering, namely to explosion-proof electrical control and protection devices, electromagnetic starters, circuit breakers, control stations designed to control power receivers, mainly three-phase electric motors installed in explosive industries.

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. Known designs of explosion-proof magnetic starters, consisting of several separate explosion-proof chambers: hardware, input and output [1]. The cameras are closed by separate covers with flange explosion protection. The voltage is supplied to the input chamber, from where, through passage clamps and through the disconnector, or directly supplied to the hardware chamber, in which the switching, protection and alarm equipment is located. In the same way, voltage is output from the hardware camera to the output camera. Passing clamps are located in the walls of explosion-proof chambers. The disadvantage of such starters is the design complexity due to the presence of several explosion-proof chambers, a large number of passage clamps with insulating sleeves required for electrical connection of the starter chambers, large dimensions and weight, and the complexity of manufacturing.

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. Known explosion-proof electrical apparatus, which is adopted as a prototype, containing an explosion-proof shell having an explosion-proof apparatus chamber and an input chamber, at least one switching apparatus installed in the apparatus chamber, as well as control mechanisms having sparking elements, passage clamps for electrical connection of circuits apparatus [2]. The device is equipped with an additional explosion-proof shell. Through clamps are placed on one of the walls separating the explosion-proof enclosures, while an additional explosion-proof enclosure is placed in the input chamber, in which the control mechanism is installed in the form of a button post. The disadvantage of this apparatus is the design complexity due to the presence of at least three explosion-proof shells with a relatively small number of devices, limited functionality for controlling and protecting electric motors from emergency operation. The electric circuit of the starter allows only local control of the electric motor by directly affecting the control mechanism built into the shell by the operator.

Целью изобретения является снижение габаритов и массы и расширение функциональных возможностей аппарата. The aim of the invention is to reduce the size and weight and expand the functionality of the apparatus.

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. This goal is achieved in that an explosion-proof small-sized electrical apparatus containing an explosion-proof hardware enclosure, a cover that fastens to the enclosure with bolts or threads, an input device with cable entries, at least one switching device installed in the apparatus enclosure, terminal block and control mechanisms while the cavity of the explosion-proof hardware shell, closed by a lid, has a thickened flange to provide an explosion-proof connection, the hardware shell is equipped with at least one intrinsically safe control unit, to the inputs of which a control mechanism is connected via a communication line, and the terminal block of the input device has a cylindrical shape and is mounted on a thread in the through hole of one of the walls of the hardware shell with the formation of flameproof mating and has two insulating blocks with a set terminal clamps of the same name, control circuits of the switching apparatus and intrinsically safe unit are connected to the inner block, and voltage input cables, mechanisms to the external one board and load unit from the outside jaws closed casing with sealing gaskets housed in grooves of its flanges on the casing installed cable entries according to the number of connected cables.

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. To protect against asymmetric emergency operation when connecting motors, a phase-current protection unit is additionally installed in the hardware enclosure, the input of which is connected to the output of pulse current transformers, the primary windings of which are connected in series with the contacts of the switching device, and the output is connected in series with the switching control coil apparatus.

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. To protect against overload when connecting electric motors, an electronic thermal protection unit is additionally installed in the hardware enclosure, the input of which is connected to temperature sensors built into the electric motor, and the output is connected in series with the control coil of the switching device.

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". To control the electric motor according to the star-delta switching scheme, an intrinsically safe control unit for two channels, two switching devices, the main contacts of which are connected to the stator winding terminals, are installed in the hardware enclosure in the apparatus shell; and star-delta buttons are connected to the input circuits of the channels.

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. A fundamentally new significant difference between the proposed device is the use in it of only one flameproof enclosure - a hardware one. The input device, together with the terminal block, meets the requirements for explosion protection with an explosion protection level - “protection type e.” Its housing has a lightweight design and can be made of plastic or thin sheet metal. The inclusion of intrinsically safe control units in the electrical circuit made it possible to connect to them input circuits of control mechanisms having sparking elements, but without requiring an enclosure in an explosion-proof enclosure.

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. The novelty of the proposed design of the apparatus lies in its wider functional capabilities both in control (local and remote switching on of the electric motor, adjustable start-up), and in protection against emergency operation modes (from overload, asymmetry of supply voltage, phase failure, single and two-phase short circuits ) At the same time, the branching of the electric circuit does not lead to an increase in the dimensions of the apparatus.

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". Figure 1 and 2 shows the design of an explosion-proof electrical apparatus with a flat cover; figure 3 and 4 is the same with a round lid; figure 5 - shows the options for electrical circuits depending on the type of apparatus; figure 5 - for the apparatus with two reversing switching devices; 6 - for apparatus with phase-phase protection against asymmetric emergency operation modes complete with pulse current transformers; Fig.7 - for the device with overload protection complete with built-in temperature sensors; Fig. 8 - for an electric motor control apparatus with switching windings from a "star" to a "triangle".

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. The apparatus contains an explosion-proof shell 1 with thickened flanges 2 of a flat or round shape, which form an explosion-proof interface with the cover 3 and are connected to it by means of bolts or threads, panels 4 and 5, on which the switching devices 6 are mounted, intrinsically safe control units 7, and also depending on the execution of the electric circuit, electronic protection units 8 and sensors 9. The device also contains an input device consisting of a block of clips 10, a casing 11, sealing gaskets 12, cable entries 13 and connected emye to the input device management tools 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. Explosion protection of the apparatus chamber is achieved by the fact that in place of the flange connections of the shell 1 and cover 3, the shell 1 and the terminal block 10, the required level of explosion protection is provided in the form of a "flameproof enclosure". In this case, the shell cavity has a thickened flange. Explosion protection of an input device with a protection level of type “e” is ensured by the use of a reliable design of terminal clamps, eliminating the loss or weakening of contact during operation, the design of insulating terminal panels in the form of protruding dividing walls, as well as the use of gaskets between the shells of the device and the input device , between the shell and the cover of the input device.

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.Assembly and installation of apparatus elements (switching apparatuses, intrinsically safe control units, electronic protection units and sensors) are carried out on panels 4 and 5, which in the assembly are a removable frame. After assembly, it is inserted into the shell 1 and secured. Are connecting the output circuit panels to the inside of the terminal strip unit 10. For convenience of installation and maintenance during maintenance and repair work the top panel can be rotated up to ⁹⁰ °.

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. The supply voltage of the apparatus, power load and control circuits are connected through cables connected to the outer block of the terminal block 10. The cables of the control mechanisms 14, which are intrinsically safe circuits, are connected to terminal clamps separated from non-intrinsically safe protruding baffle.

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. The electrical circuit of the apparatus works as follows (consider the example of Fig. 5). When the button of the control mechanism 14 is closed, an intrinsically safe current will flow from the power source 15, through the input circuit of the control unit 7 (terminal 6), the wire of the communication line, the closed contact of the button, the return wire of the communication line, terminal 7 of the control unit. In this case, the executive part of block 7 will work with the output intermediate relay, which will close its contact in the circuit of the starter coil 17. Power contacts 21-23 will close and connect the load to output 1. To switch the device to reverse mode, the second channel of block 7 is used, which leads to the inclusion of the starter coil 18 and its power contacts 24-26.

Аналогично работает другая часть схемы с выходом 2. The other part of the circuit with output 2 works similarly.

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. The electrical circuit of the device provides protection against loss of controllability in the event of a short circuit or a break in the wires of the communication line. This is achieved by including in the common wire an intrinsically safe circuit (terminals 7 and 10) of a semiconductor diode, which will be short-circuited during a short circuit and disconnected in case of a break. In this case, an alternating current of a sinusoidal shape will flow in the circuit, which will not allow the executive part of unit 7 to turn on, and therefore the load.

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.The principle of operation of electrical circuits of other types of apparatus (see Fig.6-8) relating to the General part of the control is similar to that described. The rest of the circuitry has additional differences. A feature of the circuit (see Fig. 3c) is that the phase-current protection unit is structurally made in the form of two nodes: a reacting organ and pulsed current transformers, which do not require an additional increase in the dimensions of the device, since their primary conductors are insulated conductors passed through ferrite ring cores with a rectangular hysteresis loop (BCP). The secondary windings of the transformers are connected in an open triangle, to the output of which an electronic unit is connected. Under normal conditions of operation in the electric motor and in the supply network, the shift between phase currents is 120 ^° , and the interval between pulses on the secondary windings is about 6.6 ms. In emergency mode (phase failure or stator winding breakage, unbalanced supply voltage, coil and unbalanced short circuits), the shift between currents will differ from 120 ^about . For example, in case of interruption phases it will be ^about 180, and in case of interruption of the stator windings connected in delta - two angle will be at ¹⁵⁰ and one corner ^60. In this case, the interval between pulses will be 10 ms and 8.3 ms, respectively, i.e. more than 6.6 ms, which will trigger the response of the body of the electronic protection unit 8, the output contact of which will open the power circuit of the coils 17 and 18 of the starter.

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. A feature of the electrical circuit of the apparatus (see Fig.7c) is the connection of posistor temperature sensors 9 to the temperature protection unit 8 located in the hardware shell 1. At the same time, the requirements of explosion protection are achieved by the design features of the terminal block 10, which provides acceptable electrical insulation at the input of the block 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. The difference in the electrical circuit of the device (see Fig. 8) is that the stator windings are switched according to the star-delta scheme remotely from the button post via intrinsically safe circuits using a minimum number of elements: two switching devices 27-29 and 30 -32, one intrinsically safe unit 8 and the control mechanism 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. Thus, the proposed design of an explosion-proof small-sized apparatus in combination of all the properties compared with the known explosion-proof apparatus has smaller dimensions and weight due to the reduction of flameproof enclosures, as well as wider functionality for controlling and protecting connected motors through the use of a combined electric circuit.

Claims

1. EXPLOSION-PROTECTED SMALL-SIZED ELECTRICAL APPLIANCE, containing an explosion-proof hardware enclosure, a cover that fastens to the enclosure with bolts or threads, an input device with cable entries, at least one switching apparatus installed in the apparatus enclosure, a terminal block and control mechanisms, characterized in that that the cavity of the explosion-proof hardware enclosure covered by the lid has a thickened flange to provide an explosion-proof connection, the apparatus enclosure is provided with at least one intrinsically safe control unit, to the inputs of which a control mechanism is connected, and the terminal block of the input device has a cylindrical shape and is mounted on a thread in the through hole of one of the walls of the hardware shell with the formation of flameproof interface and has two insulation blocks with a set of terminal clamps of the same name, the control circuit of the switching apparatus and the intrinsically safe unit are connected to the inner block, and the voltage input cables, control mechanisms and loads, bl the clamps are externally closed by a casing with sealing gaskets located in the grooves of its flanges; cable entries are installed on the casing according to the number of connected cables.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that for protection against asymmetric emergency operation when connecting the motors in the hardware enclosure, an additional phase-current protection unit is installed, the input of which is connected to the output of the pulse current transformers, the primary windings of which are connected in series with the contacts switching apparatus, and the output is connected in series with the control coil of the switching apparatus.

3. The apparatus according to claim 1, characterized in that for protection against overload when connecting the electric motors, an electronic temperature protection unit is additionally installed in the hardware enclosure, the input of which is connected to temperature sensors built into the electric motor, and the output is connected in series with the control coil of the switching device.

4. The apparatus according to claim 1, characterized in that for controlling the electric motor according to the star-delta switching scheme, an intrinsically safe control unit is installed in two channels, two switching devices, the main contacts of which are connected to the terminals of the stator windings, in a chain of control coils The apparatuses include the output contacts of the channels of the intrinsically safe control unit, the star-delta switching buttons are connected to the input circuits of the channels.