Главная | Обратная связь

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

 

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) предназначены для коммутаций цепей при аварийных (короткое замыкание) и ненормальных (перегрузки, исчезновение или снижение напряжения) режимах, а также нечастых (от 6 до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей.

При использовании трехфазных автоматических выключателей вместо плавких предохранителей исключена возможность неполнофазных режимов работы, так как при любом виде короткого замыкания отключаются все три фазы. В отличие от плавкой вставки у предохранителя после отключения тока к. з. не требуется замена и обеспечивается более надежная и четкая защита как от короткого замыкания, так и от перегрузок.

Автоматические выключатели должны обеспечивать автоматическое многократное отключение токов к. з. и длительно выдерживать ток нагрузки. Дуга в автоматических выключателях гасится в воздухе, поэтому их называют воздушными. Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного тока с напряжением до 1000 В и постоянного - до 440 В одно-, двух-, трех- и четырех-полюсными на номинальные токи от 6, 3 до 6300 А.

Автоматические выключатели переменного и постоянного тока представляют собой силовые выключатели с встроенными релейными устройствами прямого действия, получившими название расцепителей. Главные элементы автоматического выключателя — это контакты с дугогасительной системой, привод с механизмом свободного расцепления, расцепители и вспомогательные контакты. Все элементы помещены в корпусе из изоляционной пластмассы.

Автоматический выключатель может отключаться без выдержки времени или с его выдержкой. Собственное время отключения (t_соб) колеблется от 0,005 до 1 с, при этом для быстродействующих и селективных выключателей t_coб≤ 0,005 с, нормальных - t_сoб = 0,02... 1 с. Для нормальных и селективных автоматических выключателей токоограничивающий эффект нехарактерен. Быстродействующие выключатели, как и предохранители, обладают токоограничивающим действием. Селективные автоматические выключатели предназначены для селективной защиты путем установки автоматических выключателей с разными выдержками времени, а именно: наименьший у потребителя и увеличивающийся по направлению к источнику питания.

На рис. 9.9, а показана принципиальная схема автоматического выключателя. Контактная система автоматических выключателей на большие токи - двухступенчатая, состоит из главных 5 и 11, дугогасительных 7 контактов. Главные контакты обычно массивные, выполнены из меди с серебряными накладками на неподвижных контактах и металлокерамическими - на подвижных. Поверхность дугогасительных контактов металлокерамическая, так как они должны быть устойчивы к возникающей дуге. На рис. 9.9, а показан автоматический выключатель в выключенном состоянии. Чтобы его включить, необходимо повернуть рукоятку или подать напряжение на электромагнит YA привода 1. Под воздействием возникшего усилия рычаг 3 перемещается вправо, несущая деталь 13 поворачивается вправо, дугогасительные контакты 7 замыкаются первыми, ток идет через эти контакты и гибкую связь 12, а затем через главные контакты 5 и 11. Во включенном положении выключатель удерживается защелкой 14 с зубцами 15 и пружиной 16.

Отключают выключатель приводом 1, рукояткой 2. Выключатель также отключается автоматически при срабатывании расцепителей.

Когда автоматический выключатель включен, система ломающихся рычагов 3 находится в «мертвом» положении. Вместе с рычагом ручного включения они прочно удерживают несущую деталь 13 в положении с замкнутыми контактами.

При автоматическом или дистанционном отключении выключателя под действием одного из электромагнитных расцепителей YAT1, YAT2, YA73, YA на шарнирную связь О_з(через тягу 19) рычаги свободного расцепления 3 сломаются, несущая деталь 13 поворачивается благодаря усилию пружины 4 и контакты 7 размыкаются. Отключение произойдет, несмотря на то, что рукоятка 2 находится в положении «Включено». Механизм свободного расцепления обеспечивает автоматическое отключение при включении автоматического выключателя на короткое замыкание. Расцепители, под действием которых автоматически отключается выключатель, бывают электромагнитные и тепловые. Они контролируют заданный параметр и срабатывают, когда он достигнет определенного значения.

В автоматических выключателях различных типов могут быть использованы различные электромагнитные расцепители. Максимальные токовые расцепители обеспечивают быстрое отключение выключателя (примерно за 0,02 с) при возрастании тока в цепи вследствие короткого замыкания. Такой расцепитель может быть также выполнен с механизмом, обеспечивающим выдержку времени срабатывания. Некоторые автоматические выключатели оснащены минимальным расцепителем 18, срабатывающим при снижении напряжения ниже установленного предела или его исчезновения в цепи.

Минимальный расцепитель можно также использовать для дистанционного отключения автоматического выключателя.

Тепловые расцепители отключают автоматические выключатели при перегрузках. Основная часть таких расцепителей – биметаллическая пластина (рис. 9.9, б),состоящая из двух жестко скрепленных металлических пластин 21 с разными коэффициентами линейного расширения. При нагревании свободный конец пластины изгибается и действует через тягу 19 на механизм свободного расцепления 20. Пластина нагревается нагревателем 22, присоединенным через шунт 23 к контролируемой цепи. Время срабатывания теплового расцепителя зависит от силы тока цепи и тем меньше, чем больше сила тока. Однако из-за большой тепловой инерции это время бывает велико, и чаще всего тепловые расцепители используют вместе с электромагнитными. В таких автоматических выключателях возможна защита как от короткого замыкания электромагнитным расцепителем, так и от перегрузок – тепловым.

В электрических сетях напряжением 220/380 В, где важно быстрое отключение при однофазных коротких замыканиях, применяют автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем в нулевом проводе.

При отключении автоматического выключателя сначала размыкаются главные контакты и весь ток переходит на дугогасительные контакты. На главных контактах дуга не образуется. Дугогасительные контакты 7 размыкаются, когда главные находятся на значительном расстоянии. Между дугогасительными контактами образуется дуга, которая выдувается вверх в дугогасительную камеру 8, где она и гасится.

Дугогасительные камеры выполняют со стальными пластинами. Применяют следующие способы гашения дуги: с помощью деления длинной дуги на короткие; в узких щелях. Дуга втягивается в камеру магнитным дутьем. Материал камеры характеризуется высокой дугостойкостью. Для лучшего втягивания дуги в камеру автоматические выключатели снабжены специальными электромагнитами, осуществляющими магнитное дутье. В цепях управления, сигнализации и блокировки можно использовать блок-контакты автоматических выключателей, механически связанные с главными контактами.

При протекании тока к.з. через включенный автоматический выключатель между контактами возникают значительные электродинамические силы, которые могут оторвать один контакт от другого, и образовавшаяся дуга может их сварить. Во избежание таких случайных отключений в конструкции предусмотрены электродинамические компенсаторы 9 в виде шинок, изогнутых петлей. Токи в шинках имеют разное направление, что создает в контактах силу, увеличивающую нажатие.

Для защиты сельских электрических сетей напряжением 220/380 В применяют автоматические выключатели серий АП50, A3000, АЕ2000 и др.

Обозначение автоматических выключателей: А - автоматический выключатель; второй и третий знаки - порядковый номер разработки; четвертый знак - номинальный ток выключателя (1 - 160 А, 2 - 250 А, 3 - 400 А, 4 - 630 А); пятый знак показывает число полюсов и исполнение максимальной токовой защиты (например, 1, 3, 5, 7 - двухполюсные автоматы различного исполнения, 2 - трехполюсное с электромагнитным расцепителем, токоограничивающее; 4 - трехполюсное с полупроводниковыми и электромагнитными расцепителями, токоограничивающее или селективное с полупроводниковыми расцепителями; 6 - с электромагнитными и тепловыми расцепителями; 8 - трехполюсное (неавтоматическое); шестой знак - исполнение по виду защиты (Б - токоограничивающее, С - селективное, Н - неавтоматическое), климатического исполнения и категорию размещения.

Устройство и действие автоматического выключателя серии А3700 соответствуют описанному ранее. На рис. 9.10 приведен его поперечный разрез. В этом автоматическом выключателе кроме электромагнитных используют специальный полупроводниковый расцепитель, который срабатывает и подает команду на отключение независимого расцепителя YAT1(см. рис. 9.9, а), а он, в свою очередь, воздействует на отключающую защелку 14. В полупроводниковых расцепителях можно регулировать номинальный ток, уставку срабатывания по току и времени. Таким образом, можно изменять форму времятоковой характеристики.

На рисунке 9.11 дана защитная характеристика автоматического выключателя А3700 с полупроводниковыми расцепителями.

Вместо полупроводниковых можно устанавливать тепловые расцепители. На рисунке 9.12 приведена характеристика времени срабатывания теплового расцепителя.

Автоматические выключатели серии А3700 на токи 160... 630 А и напряжение переменного тока до 660 А выпускают в пластмассовом корпусе с изолирующими перегородками между полюсами в двух исполнениях: А3700Б - токоограничивающие с электромагнитными расцепителями мгновенного действия и полупроводниковыми расцепителями; А3700С - селективные с полупроводниковыми расцепителями с регулируемой выдержкой времени. Пределы регулирования: ток срабатывания при перегрузках 1, 25I_ном, при к. з. З... 10I_ном; время срабатывания при 6I_ном 4... 16 с, при к. з. 0,1... 0,4 с. Автоматические выключатели серии А3700 имеют на полюс одну пару контактов с металлокерамическими накладками. Включают и отключают вручную рукояткой 2 или электромеханическим приводом в виде отдельного блока, устанавливаемого над крышкой выключателя.

Для автоматического отключения при к.з. служит расцепитель мгновенного действия. При этом предельный ток отключения 60... 110 кА. Автоматический выключатель A3700 изготовляют в стационарном и выдвижном исполнении и широко применяют в комплектных устройствах с напряжением до 1 кВ. Выключатели АЕ2000 применяют для защиты, пуска и остановки асинхронных двигателей, а также для защиты, оперативных включений и отключений электрических цепей с частотой до 30 в час. Автоматические выключатели АЕ1000, АЕ2000 выпускают на предельные токи отключения 1... 10 кА для сетей напряжением 380... 660 В переменного и напряжением 110... 220 В постоянного тока (частота оперативных отключений до 30 в час).

Автоматические выключатели серии АП-50 выпускают на номинальные токи расцепителей I_{н. р}до 50 А и номинальные токи срабатывания до 400 А (П - пусковые, с 1980 г. выпускают серию АП50Б). Наиболее широко их применяют в сельскохозяйственном производстве для защиты и пуска асинхронных двигателей. Они обеспечивают защиту от к.з. и перегрузок с частотой оперативных отключений 30 в час, в том числе до 12 включений асинхронных двигателей в час. Эти автоматические выключатели отличаются от выключателей серии А3700 и АЕ2000 наличием кнопочного управления.

Автоматы гашения поля (АГП) предназначены для отключения тока в обмотках возбуждения генераторов. Главные контакты расположены открыто, а дугогасительные 5 и 6 (рис. 9.13) размещены в камере гашения дуги. Во включенном положении АГП удерживается защелкой. При отключении контакты 5 отходят вниз и возникает дуга между контактами 5 и 6, которая силой взаимодействия тока дуги и магнитного поля, созданного катушками 7, сердечниками 8 и полюсами 9, втягивается в кольцевую дугогасительную камеру, где разбивается на ряд коротких дуг медными пластинами 3. В цепь включена катушка 1, создающая радиальное магнитное поле. В результате взаимодействия с ним короткие дуги получают круговое вращательное движение с высокой скоростью и попадают на медные пластины, где ими и гасятся. Здесь важно, чтобы температура пластин не поднималась выше 200 ^оС. Исходя из этого и выбирают размеры пластин.

Для снижения перенапряжений дуга гасится по секциям, для чего параллельно медным пластинам включены шунтирующие сопротивления. Первой гаснет дуга в секции, шунтированной меньшим сопротивлением. Собственное время отключения АГП не более 0,15 с, а полное время гашения поля зависит от параметров генераторов.