Ден Томел - Поиск неисправностей в электронике

Специалист по обслуживанию не должен думать, что третий штырь вилки всегда защищает оборудование и оператора. Нередко цепь провода заземления имеет обрыв. В старых промышленных установках очень часто встречаются розетки с незаземленными контактами. Даже если розетка снабжена заземлением, это не гарантирует защиту во влажных и сырых помещениях ни оператору, ни оборудованию.

Для защиты двигателей, устройств управления и другого промышленного оборудования были разработаны усовершенствованные программируемые технологии. Рис. 5.5 показывает программируемое устройство, спроектированное для защиты больших и дорогостоящих двигателей. Оно предохраняет не только от замыкания на землю, но и от заклинивания, перегрузок, неравенства фазных напряжений, других проблем питания и нагрузки.

Рис. 5.5. Программируемое устройство защиты двигателя

Менее дорогостоящие средства защиты от замыкания на землю называются устройствами защитного отключения (УЗО). На рис. 5.6 показан типичный бытовой выключатель УЗО. Прерыватель похож на размыкатель цепи, но защищает схему от замыкания на землю. Он срабатывает, как только небольшой ток начинает течь на землю.

Рис. 5.6. Типичное устройство защитного отключения

Большинство систем электропроводки, расположенных в жилых зданиях, обычно используют провод № 14 для тока 15 A, № 12 для тока 20 А, № 10 для тока 30 А, № 8 для тока 40 А, и № 6 для тока 55 А.

Максимальная мощность оборудования 20 А общего назначения составляет 2400 Вт, а для цени 15 А — около 1800 Вт (при напряжении 120 В). Общее потребление одновременно включенных устройств не должно превышать возможностей сети питания. При расчете схем бытовой проводки обычно предполагается, что на каждые 35 м 2. площади необходимо обеспечение 15 А. Розетка должна быть доступна каждые 3,6 м по длине стены. Обычно оборудование мощностью 8000-18 000 Вт должно иметь отдельную проводку 240 В (40 А). Электрический нагреватель воды (2000–4000 Вт) требует отдельной цепи 240 В (40 А). В кухнях обычно предусматриваются две или три отдельные цепи 20 А для электрических устройств. Часто одна цепь общего назначения 15–20 А может обеспечить две спальни и ванную.

Используется три основных типа кабеля: с неметаллическим чехлом, гибкий армированный кабель и тонкостенная металлическая трубка, которую часто называют просто трубкой. Она обычно выпускается секциями по 3 м и может иметь разные размеры: 25 мм с четырьмя проводами № 14 или тремя проводами № 12; 20 мм с четырьмя проводами № 10 или пятью проводами № 12 и т. д.

Существуют различные типы труб: тонкостенные, пластмассовые, неупругие. Неметаллические кабели подразделяются по назначению для помещений и для внешних соединений. Обычно в схемах переключения используются однополюсные схемы и схемы на три или четыре направления (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Однополюсный переключатель, управляющий работой лампы

Переключатель на три направления регулирует питание одной или более ламп из двух мест. В положении, показанном на рис. 5.8, лампа выключена, а при повороте любого переключателя лампа загорится. Для этой схемы необходима трехпроводная линия между переключателями.

Рис. 5.8. Переключатель на три направления, управляющий работой лампы

Руководит работой одной или более ламп из трех мест переключатель на четыре направления (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Переключатель на четыре направления, управляющий работой лампы

Здесь для соединения также необходим трехпроводный кабель. Кроме того, средний переключатель должен работать на четыре направления. Если нужно обеспечить управление более чем из трех мест, просто добавляйте переключатели на четыре направления.

Четырехпроводная система состоит из трех фаз, которые имеют одинаковое напряжение, и четвертого провода заземления, который используется для защиты и уменьшения напряжения. На рис. 5.10 показаны системы с соединением «треугольником» и «звездой», которые обычно используются в школах, офисах и промышленности.

Рис. 5.10. Схемы соединения звездой и треугольником

К числу обычных неисправностей, которые возникают в цепях электропроводки бытового и промышленного назначения, относятся обрывы, замыкание на землю, короткое замыкание и проблемы коэффициента мощности. Обрыв, замыкание на землю и короткое замыкание уже были рассмотрены ранее, а трудности, связанные с коэффициентом мощности, более характерны для промышленных сетей и силовых устройств переменного тока. Типичной проблемой, возникающей в трехфазных системах промышленного назначения, является низкий коэффициент мощности. Любой тип цепей или устройств переменного тока с реактивным сопротивлением индуктивного типа — нагреватели, лампы, двигатели, устройства управления — вызывает запаздывание нарастания синусоидальной полуволны тока относительно полуволны напряжения, которое выражается в процентах и часто изменяется в пределах 30–90 %, при этом второй показатель наиболее приемлем по сравнению с первым. Коэффициент мощности представляет собой косинус фазового угла между напряжением и током. При низком коэффициенте мощности потребляется большой ток, это неэкономично и дорого, а также увеличивает нагрев. Скорректировать его можно при помощи добавления в схему параллельно подключенной емкости (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Корректировка низкого коэффициента мощности за счет добавления конденсатора

Коррекция коэффициента мощности обычно выражается в единицах, называемых «ВАР» (вольт-ампер-реактивный) или килоВАР и осуществляется за счет добавления конденсаторов, которые уменьшают разность фаз между напряжением и током в схеме. Поэтому двигатель с коррекцией коэффициента мощности рассеивает меньше энергии в варах, что снижает потери и затраты.

На рис. 5.11 обратите внимание, что блок конденсаторов имеет плавкий предохранитель для дополнительной защиты на каждой линии. Это делается на случай, если один из конденсаторов будет закорочен. Между конденсаторами установлены резисторы утечки для разряда конденсаторов после выключения устройства и уменьшения риска электрического удара. Заметьте, что конструктивно сами конденсаторы могут размещаться на входе источника питания, двигателе или перед нагрузкой двигателя.