Рис. 5.2.Схема распределительного щита
Устройство, которое называется заземлением оборудования, состоит ил монтажного провода, который соединен с нейтральным выводом на распределительном щите (общая земля), с металлической приемной коробкой и третьим отверстием в розетке. Возьмем, к примеру, дрель. Она должна иметь вилку с двумя или тремя штырями и пружинящими контактами, соединенными проводом с металлическим корпусом инструмента (рис. 5.3).
Рис. 5.3.Распределительный щит, розетка, и ручная дрель, демонстрирующие применение провода заземления
Если при работе с дрелью происходит замыкание на землю, ток пойдет не через оператора, а через этот провод заземления назад к источнику. Если защитное заземление не предусмотрено, ток с фазной линии может пойти через заземленную дрель, оператора и назад в заземление на землю (рис. 5.4).
Рис. 5.4.Примеры заземленной и незаземленной схемы
Системы заземления защищают операторов и оборудование. Программируемые устройства управления и компьютеры особенно чувствительны к замыканию на землю. Приборы более подвержены замыканию на землю, если они работают в среде с высокой влажностью, например в подвалах и на расположенных под открытым небом объектах: на промышленном складе или на цокольном этаже с влажным полом оператор и оборудование в большей степени подвержены риску замыкания на землю.
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 м2. 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.
При поиске неисправностей систем электропроводки попробуйте сначала ориентироваться с помощью чувств. Если размыкатель просто сработал, но не сбросился, подумайте, что могло вызвать этот эффект. Может быть, кто-то просто включил устройство и вызвал этим перегрузку в цепи. Чувствуете ли вы необычные запахи? Откуда эти странные звуки? Проверьте систему на наличие трещин, обугленных элементов, запахов, механических поломок и т. д.
Если в системе электропроводки есть блок плавких предохранителей, проверьте основные с помощью вольтметра.
На рис. 5.12 демонстрируется метод локализации сгоревшего предохранителя в однофазной системе. Когда выводы вольтметра подключены к линии (справа вверху), по показаниям прибора мы можем видеть, что напряжение есть. Когда вольтметр подключен к контактам после плавких предохранителей (слева вверху) и нет индикации, мы знаем, что предохранитель сгорел. Последний предохранитель проверяется таким же образом.
Рис. 5.12.Проверка плавких предохранителей в однофазной системе
В трехфазной системе предохранители можно проверить вольтметром или омметром таким же образом, как они тестируются в однофазной системе (рис. 5.13).
Рис. 5.13.Проверка плавких предохранителей в трехфазной системе
Другим прибором, который часто используется для проверки после завершения установки бытовой проводки, является тестер розеток (рис. 5.14). Он индицирует типичные неисправности цепей: обрыв фазы, обрыв нейтрального проводника, фазный и нейтральный провода перепутаны, изменение порядка подключения фаз.
Рис. 5.14.Тестер розеток
Обычными неисправностями в промышленных электросетях являются короткие замыкания и обрыв провода, а также замыкание провода на металлическую оболочку (трубку). Используя рис. 5.15 в качестве примера типичной промышленной цепи, мы рассмотрим поэтапную процедуру поиска неисправностей.
Рис. 5.15.Типовая промышленная электросеть
Проверьте:
1. Подачу питания с линии на основной распределительный щит.