Что такое воздушный автоматический выключатель?
Iddc.ru

Все об электрике

Что такое воздушный автоматический выключатель?

Автоматические воздушные выключатели

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) служат для автоматического отключения электрической цепи при возникновении в ней перегрузки, короткого замыкания, снижении напряжения ниже установленного значения, изменении направления передачи энергии. Они применяются также в качестве коммутирующих аппаратов ручного управления для нечастых включений и отключений потребителей электрической энергии, например, электродвигателей небольшой мощности. «Воздушными» автоматические выключатели называют потому, что гашение электрической дуги на коммутирующем контакте происходит в воздушной среде. Узел защиты с автоматическим выключателем (АВ) рассмотрен в п. 5.1, рис. 5.1а.

В зависимости от типа АВ может выполнять одну или несколько функций защиты. Например, установочный автомат в большинстве исполнений защищает электрическую цепь от короткого замыкания и от перегрузки. Для этого в нем предусмотрены воспринимающие элементы – расцепители, аналогичные по принципу действия воспринимающим элементам электромагнитного реле максимального тока и электротеплового реле. Автомат, защищающий электрическую цепь от чрезмерного снижения напряжения, имеет рацепитель, подобный воспринимающему элементу электромагнитного реле минимального напряжения.

Максимальный расцепитель (реагирующий на ток короткого замыкания) и минимальный расцепитель (реагирующий на снижение напряжения) по существу представляет собой электромагнитный механизм (см. [1], п. 4.1) с якорем, втягивающимся в катушку под действием электромагнитной силы тяги. Якорь воздействует на защелку механической передачи (см. [1], п. 3.2), которую (МП) называют механизмом свободного расцепления. Для этого механизма предусматривают также ручной привод, чтобы человек мог осуществлять включение и выключение автомата.

В автоматических выключателях, выполняющих функцию защиты от изменения направления передачи энергии (от «обратного тока», от «обратной мощности») есть независимый расцепитель, выполненный как электромагнитный механизм. В некоторых автоматах используются расцепители, работающие по принципу электродинамического преобразователя (см. [1], п. 3.4.), а также полупроводниковые расцепители.

Автоматический воздушный выключатель с несколькими видами защит представлен структурной схемой на рис. 5.7.

Автоматический воздушный выключатель (АВВ) воздействует на контролируемую им электрическую цепь (ЭЦК) коммутирующим контактом (КК), изменяя сопротивление (RK) цепи. При разомкнутом КК приемник электрической энергии (ПЭЭ) отключен от питания со стороны источника электрической энергии (ИЭЭ). Количество коммутирующих (главных) контактов может быть от одного до трех. В контактной системе предусматривают устройства гашения электрической дуги, обычно, дугогасительные решетки (см. [1], п. 2.8). В некоторых автоматах устанавливают дополнительные дугогасительные контакты, и могут быть предусмотрены вспомогательные контакты для коммутации слаботочных цепей сигнализации и управления.

В зависимости от типа автомата его узел расцепителей (УР) состоит из определенной комбинации расцепителей из следующего состава:

Р1 – расцепитель минимального напряжения U (минимальный расцепитель, реагирующий на снижение напряжения);

Р2 – расцепитель максимального тока I (максимальный расцепитель, реагирующий на ток короткого замыкания);

Р3 –независимый расцепитель, на который подается сигнал Uнпэ, несущий информацию, например, об изменении направления передачи энергии в цепи ЭЦП;

РТ – расцепитель тока перегрузки (тепловой расцепитель, реагирующий на ток пергрузки).

Узел УР установочного автомата с комбинированным расцепителем состоит из расцепителей Р2 и РТ. Универсальный автомат имеет расцепители Р1, Р2. В зависимости от назначения и по составу узла расцепителей выделяют также максимальные автоматы по току, минимальные автоматы по току, максимальные автоматы, реагирующие на производную тока по времени, и др. [9]. Для построения селективно действующей защиты в АВ предусматривают возможность регулировки тока и времени срабатывания.

Каждый из расцепителей независимо воздействует на механизм свободного расцепления (МСР), снимая упор с защелки механической передачи (см. [1] п. 3.2). Это приводит к размыканию коммутирующих контактов КК. Поэтому отключение поврежденного участка электрической цепи ЭЦК и приемника ПЭЭ произойдет тогда, когда хотя бы один из контролируемых параметров цепи ЭЦК выйдет за пределы области допустимых значений, определенной соответствующими уставками расцепителей. Включение автомата для замыкания электрической цепи ЭЦК и отключение автомата для размыкания цепи производится человеком воздействиями хвкл и хотк на рычажный или кнопочный орган ручного управления (ОрУ) автомата (рис. 5.7).

На рис. 5.8а приведена электрическая схема, иллюстрирующая подключение установочного автомата к трехфазной сети и его условное обозначение на схеме. Действие автомата (QF) при автоматическом отключении двигателя (М) комбинированным расцепителем максимального тока и тока перегрузки представляют с помощью времятоковой характеристики, которую приводят в паспорте автомата. Типовой вид времятоковой (защитной) характеристики установочного автомата с комбинированным расцепителем изображен на рис. 5.8б.

Участок a-b времятоковой характеристики создается электротепловым расцепителем, выполняющим функцию защиты по току перегрузки при I >IРТ, где IРТ – уставка тока срабатывания электротеплового расцепителя (при tср>>ТР – см. п. 5.3). Участок c-d обусловлен действием электромагнитного расцепителя максимального тока. Время срабатывания τср автоматического выключателя от электромагнитного расцепителя практически не зависит от силы тока I, если сила тока превышает уставку IРЭМ электромагнитного расцепителя.

В зависимости от быстродействия выделяют: 1) нормальные автоматы, собственное время срабатывания которых составляет 0,02…0,1 с; 2) селективные автоматы, обеспечивающие выдержку на отключение до 1 с; 3) быстродействующие автоматы, время срабатывания которых составляет тысячные доли секунды.

Автоматы выпускаются на переменные напряжения от 220 до 660 В и постоянные напряжения от 110 до 440 В. Наибольшее применение получили автоматы следующих серий:

АЗ000 – наиболее распространенная серия. Рассчитаны на переменные напряжения 380, 660 В, постоянные напряжения до 440 В. Отключаемые токи (коммутационная способность) до 60 кА.

АЕ1000, АЕ2000 – для защиты цепей и электроприемников от перегрузки и коротких замыканий. Напряжения: переменные 380, 660 В, постоянные 110, 220 В. Отключаемые токи от 1 до 10 кА.

«Электрон» – для установки в распределительных устройствах на постоянное напряжение до 440 В и переменное до 660 В. Отключаемый ток от 50 до 160 кА.

Автоматические воздушные выключатели серии АП-50 применяют на напряжение до 500 В переменного тока и до 220 В постоянного тока. Ручной привод имеет две кнопки – одну на включение, другую на отключение автомата. Выключатель имеет электромагнитный расцепитель и электротепловой расцепитель. Номинальный ток расцепителей до 50 А. Уставку электротеплового расцепителя можно регулировать на 30…40% в сторону уменьшения относительно номинального тока.

Автоматы выбирают по числу полюсов, по номинальным значениям тока и напряжения. Номинальные значения напряжения UНав и тока IНав автомата по отношению к номинальному значению напряжения сети UНсети и номинальному току нагрузки (двигателя) IНдв должны удовлетворять следующим условиям:

Уставки IРТ , IРЭМ токов для защиты двигателя электропривода обычно определяют следующим образом:

для электротеплового расцепителя (защита от перегрузки) – по номинальному току двигателя IНдв,

для электромагнитного расцепителя (защита от короткого замыкания) – по наибольшему значению тока какого-либо переходного процесса Iпер (пуск, реверс, торможение),

Предельный ток отключения автомата должен быть не менее возможного тока короткого замыкания в цепи.

Устройства защиты двигателя мотор-автоматы (серии MS, GV, отечественных аналогов пока нет) с комбинированным расцепителем специально разработаны для применения в цепях защиты электродвигателей. Они имеют некоторые особенности:

• выпускаются только в трехполюсном исполнении;

• рассчитаны на номинальные токи от 16 до 100 А;

• номинальный ток двигателя устанавливается на автомате (серии GV) с помощью регулироволчного диска;

• имеют точную подстройку теплового расцепителя;

• уставка электромагнитного расцепителя составляет, как правило,

(12 … 14)IНав, что соответствует работе автомата на индуктивную нагрузку (режим пуска АС-3);

• выключатели имеют высокую электродинамическую стойкость – до 100 кА;

• выключатели имеют на корпусе рычаг или кнопки ручного включения и отключения нагрузки;

• конструкция корпуса позволяет объединить в единый компактный блок автомат и согласованный с ним по габаритам пускатель;

• выключатели имеют либо встроенные, либо навесные быстромонтируемые дополнительные контакты, срабатывающие при перегрузках и короткихзамыканиях;

• глубина защиты электродвигателя может быть повышена за счет отдельно поставляемых быстромонтируемых элементов – независимого расцепителя и реле минимального напряжения.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9486 – | 7520 – или читать все.

Воздушные выключатели

Функционирование любой энергосистемы напрямую зависит от надежности коммутационных аппаратов, обеспечивающих (в зависимости от состояния) беспрепятственное прохождение токов нагрузки и должный уровень изоляции разомкнутых сегментов электрической цепи. В системах с высоким классом напряжения, наряду с другими высоковольтными коммутаторами, широко применяются воздушные выключатели. О том, что представляют собой эти устройства можно узнать и материалов нашей статьи.

Специфика коммутации

Процесс «разрыва» высоковольтных электроцепей сопровождается образованием мощного дугового разряда. В некоторых случаях, например при отключении линии 100 кВ с большим током нагрузки, температура плазмы внутри электродуги может достигать 15000°С, что вполне достаточно для вывода из строя не только контактной группы, а и всей несущей конструкции выключателя нагрузки.

Чтобы не допустить такого развития событий, коммутаторы высокого напряжения должны обладать возможностью гашения дугового разряда, в противном случае их срабатывание будет одноразовым. По этой причине дугогасительные камеры считаются самым важным элементом автоматических выключателей. Их конструкция стала критерием при разделении выключателей на следующие типы:

  • Элегазовые, в таких выключателях используются специальные камеры, наполненные газовым составом на основе фтористой серы.
  • Вакуумные аппараты. Гасят электрическую дугу в камерах с откаченным воздухом.
  • Масляные и маломасленые выключатели, где в качестве дугогасящего наполнителя используется трансформаторное масло.
  • Воздушные. Разряд гасится воздушным потоком.

Поскольку наша тема посвящена последним, рассмотрим подробно, что они из себя представляют.

Что такое “воздушный выключатель”?

Такой термин применяется к высоковольтным коммутационным устройствам, использующим воздушные потоки для подавления разряда, проявляющегося при рабочем или аварийном срабатывании.

Воздушные выключатели на атомной электростанции Salem (США)

Для нормального функционирования таких устройств необходимо дополнительное оборудование, куда входят:

  • Компрессорные установки для нагнетания необходимого давления воздуха.
  • Ресиверы (емкости для хранения воздушной смеси под давлением).
  • Пневмопроводы, по которым подается сжатый воздух в дугогасительные модули и пневматический привод (если таковой используется для разрыва цепи).

Подробно конструкция воздушного выключателя будет рассматриваться отдельно.

Структура условного обозначения

Ниже на рисунке приведена структура обозначений электрических коммутационных аппаратов в соответствии с номами ГОСТ 687 78.

Структура маркировки выключателей

Обозначения:

  1. Может быть от двух до пяти литер. Первая указывает на тип изделия, для выключателей это «В». Остальные характеризуют конструктивные особенности и другие существенные характеристики, такие как исполнение, тип установки и т.д. Например, выключатели серии ВВБ: первая буква говорит, что это выключатель (В), вторая указывает категорию – воздушный (В), третья на тип исполнения – баковый (Б). Также можно привести серию ВВШ, где «Ш» указывает на применение в электрической схеме выключателя шунтированных резисторов.
  2. Отображение номинального напряжения прибора (кВ).
  3. Для выключателей с 1-й категорией размещения указывается группа утечки изоляции (буквы «А», «Б», «В»).
  4. Номинальное значение тока отключения (кА).
  5. Отображение номинального тока коммутатора (А).
  6. Вариант климатического исполнения.
  7. Обозначение категории размещения.

Для примера расшифруем обозначение выключателя ВВБК-110-35/2000 У2. Исходя из маркировки это воздушный выключатель бакового типа в крупномодульном исполнении (литера «К» в обозначении модели). Устройство предназначено для коммутации цепей на 110,0 кВ с током отключения 35,0 кА и рабочим — 2000,0 А. Может эксплуатироваться в климатических условиях близких к умеренным.

Читать еще:  Как самостоятельно отремонтировать выключатель света?

Выключатели серии ВВБК

Классификация и типы воздушных выключателей

Силовые выключатели, в том числе и воздушные, в первую очередь принято классифицировать по типу конструкции и назначению, после чего уже рассматриваются технические характеристики. Начнем с более приоритетного критерия классификации.

По назначению

В зависимости от назначения воздушные коммутаторы разделяют на следующие виды:

  • Сетевая группа, в нее входят электромеханические аппараты, с номинальным напряжением начиная от 6,0 кВ. Могут использоваться как для оперативной коммутации цепей, так и аварийного отключения, например, при КЗ.
  • Генераторная группа. Она включает в себя электроаппараты, рассчитанные на 6,0-20,0 кВ. Данные приборы могут коммутировать цепь, как при нормальных условиях, так и в случае КЗ или наличия пусковых токов.
  • Категория для работы с энергоемкими потребителями (дуговые, руднотермические, сталеплавильные печи и т.д.).
  • Группа особого назначения. Она включает в себя следующие подвиды:
  1. Воздушные коммутаторы сверхвысокой категории напряжения, служащие для подсоединения к ЛЭП реакторов шунтирующего действия, если в линии произошло перенапряжение.
  2. Выключатели цепей с ударными генераторами (используются при стендовых испытаниях), рассчитанные на коммутацию в нормальном режиме работы и при возникновении нештатных ситуаций.
  3. Аппараты в цепях 110,0-500,0 кВ, обеспечивающих прохождение, как при нормальных условиях работы, так и определенное время при КЗ.
  4. Воздушные коммутаторы, входящие в комплект распределительных устройств.

По конструктивному исполнению

Особенности конструкции выключателей определяют их тип установки. В зависимости от этого различают следующие виды аппаратов:

  • Входящие в комплект к РУ (встраиваемые).
  • Снабженные специальными устройствами выкатки из ячеек РУ относятся к выкатному типу. Выкатной воздушный выключатель Metasol
  • Настенное исполнение. Приборы, устанавливаемые на стены в РУ закрытого типа.
  • Подвесные и опорные (отличаются типом изоляции на «землю»).

Устройство и конструкция воздушного выключателя

Рассмотрим, как устроен воздушный выключатель на примере силового коммутатора ВВБ, его упрощенная конструктивная схема представлена ниже.

Типовая конструкция воздушных выключателей серии ВВБ

Обозначения:

  • A – Ресивер, резервуар в который накачивается воздух пока не образуется уровень давления соответствующим номинальному.
  • В – Металлический бак дугогасительной камеры.
  • С – Торцевой фланец.
  • D – Конденсатор делителя напряжения (в современных конструкциях выключателей не применяется).
  • E — Штанга крепления подвижной контактной группы.
  • F – Фарфоровый изолятор.
  • G – Дополнительный дугогасительный контакт для шунтирования.
  • H – Шунтирующий резистор.
  • I – Клапан подачи струи воздуха.
  • J – Труба импульсного воздуховода.
  • K – Основной подвод воздушной смеси.
  • L – Группа клапанов.

Как видим, в данной серии контактная группа (Е, G), механизм подключения/отключения и дутьевой клапан (I) заключены в металлической емкости (В). Сам бак наполнен сжатой воздушной смесью. Полюсы выключателя разделяет промежуточный изолятор. Поскольку на емкости присутствует высокое напряжение, защите опорной колоны придается особое значение. Она выполнена с помощью изоляционных фарфоровых «рубашек».

Подача воздушной смеси осуществляется по двум воздуховодам К и J. Первый основной, используется для нагнетания воздуха в бак, второй работает в импульсном режиме (подает воздушную смесь, когда отключаются контакты выключателя и сбрасывает при замыкании).

Принцип действия

В основу работы выключателя положен принцип гашения электродуги скоростным потоком сжатой воздушной смеси, подаваемого в дутьевые каналы. Под воздействием воздушного потока столб разряда растягивается и направляется в дутьевые каналы, где окончательно гасится.

Конструкции дугогасительных камер отличаются как взаимным расположением дутьевых каналов, так и размыкающихся контактов. По этому признаку следующие схемы дутья:

  1. Продольная продувка через металлический канал.
  2. Продольная продувка через изоляционный канал.
  3. Двухстороння симметричная продувка.
  4. Двухсторонняя ассиметричная.

Схемы дутья

Из представленных вариантов наиболее эффективен последний.

Область применения и процесс эксплуатации

Сфера применения выключателей данного типа довольно обширна. В перспективе, за счет применения новых технологий, ситуация может несколько измениться, но сейчас воздушные коммутаторы остаются востребованными для решения следующих задач:

  • Коммутация цепей от 35,0 кВ и токами отключения до 100,0 кА.
  • Быстрого отключения цепи, например, при испытаниях электрооборудования ударным генератором. Скорость срабатывания некоторых моделей воздушных выключателей может достигать одного периода (за основу взята рабочая частота переменного тока – 50 Гц).
  • Эксплуатация в суровых климатических условиях. При морозе у елегазовых аналогов возникают проблемы с прогревом, в то время как вакуумным выключателям сложно сохранить герметичность.
  • Отключение мощного источника с высокой апериодической составляющей тока КЗ, может произвести только воздушный коммутатор.

В процессе эксплуатации важно уделять должное внимание обслуживанию воздушных коммутаторов, которое включает в себя следующие регулярные процедуры:

  1. Вентиляция внутренней поверхности фарфоровых изоляторов, для этого предусмотрен специальный клапан для стравливания сжатого воздуха.
  2. Тестирование пневматической системы, проверяется по сбросу давления при отдельной операции. Показания сравниваются с нормировочными таблицами.
  3. Осуществляется проверка привода поршня. Процедура зависит от типа механизма.
  4. Проверяется герметичность дугогасящей камеры.
  5. Тестируются контакты (вначале главные токоведущие, потом дополнительные) путем измерения сопротивления
  6. Измеряется изоляция при разомкнутом отделителе.
  7. Тестируется схема управления и цепь включения.

Регламент проведения обслуживания в процессе эксплуатации приведен в технической документации.

Преимущества и недостатки

У воздушных выключателей есть много преимуществ перед альтернативными аппаратами с аналогичными функциями. Приведем несомненные плюсы:

  • Высокая скорость срабатывания.
  • Хорошие показатели отключающей способности.
  • Длительный срок эксплуатации.
  • Высокий уровень пожаробезопасности.

Теперь перечислим основные недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования и дорогой монтаж.
  • Необходимость в компрессорном оборудовании и его регулярном обслуживании.

Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы

Эта статья продолжает серию публикаций по электрическим аппаратам защиты — автоматическим выключателям, УЗО, дифавтоматам, в которых мы подробно разберем назначение, конструкцию и принцип их работы, а также рассмотрим их основные характеристики и детально разберем расчет и выбор электрических аппаратов защиты. Завершит этот цикл статей пошаговой алгоритм, в котором кратко, схематично и в логической последовательности будет рассмотрен полный алгоритм расчета и выбора автоматических выключателей и УЗО.

Чтобы не пропустить выход новых материалов по этой теме подписывайтесь на новостную рассылку, форма подписки внизу этой статьи.

Ну а в этой статье мы разберемся, что же такое автоматический выключатель, для чего предназначен, как он устроен и рассмотрим, как он работает.

Автоматический выключатель (или обычно просто «автомат») — это контактный коммутационный аппарат, который предназначен для включения и отключения (т.е. для коммутации) электрической цепи, защиты кабелей, проводов и потребителей (электрических приборов) от токов перегрузки и от токов короткого замыкания.

Т.е. автоматический выключатель выполняет три основный функции:

1) коммутацию цепи (позволяет включать и отключать конкретный участок электрической цепи);

2) обеспечивает защиту от токов перегрузки, отключая защищаемую цепь, когда в ней протекает ток, превышающий допустимый (например, при подключении в линию мощного прибора или приборов);

3) отключает от питающей сети защищаемую цепь, когда в ней возникают большие по значению токи короткого замыкания.

Таким образом, автоматы выполняют одновременно и функции защиты и функции управления.

По конструктивному исполнению выпускаются три основных типа автоматических выключателей:

воздушные автоматические выключатели (применяются в промышленности в цепях с большими токами в тысячи ампер);

автоматические выключатели в литом корпусе (рассчитаны на большой диапазон рабочих токов от 16 до 1000 Ампер);

модульные автоматические выключатели, наиболее нам известные, к которым мы привыкли. Они широко применяются в быту, в наших домах и квартирах.

Модульными они называются потому, что их ширина стандартизирована и в зависимости от количества полюсов, кратна 17.5 мм, более подробно этот вопрос будет рассмотрен в отдельной статье.

Мы с вами, на страницах сайта http://elektrik-sam.info, будем рассматривать именно модульные автоматические выключатели и устройства защитного отключения.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

Рассматривая конструкцию УЗО, я говорил, что для исследования от заказчика достались также и автоматические выключатели, конструкцию которых мы сейчас рассмотрим.

Корпус автоматического выключателя изготавливается из диэлектрического материала. На передней панели нанесена торговая марка (брэнд) производителя, каталожный номер. Основные характеристики — номинал (в нашем случае номинальный ток 16 Ампер) и время токовая характеристика (у нашего образца С).

Также на передней поверхности указываются и другие параметры автоматического выключателя, о которых речь пойдет в отдельной статье.

На задней части имеется специальное крепление для монтажа на DIN-рейку и крепления на ней с помощью специальной защелки.

DIN-рейка — это металлическая рейка специальной формы, шириной 35 мм, предназначенная для крепления модульных устройств (автоматов, УЗО, различных реле, пускателей, клеммников и т.д.; выпускаются счетчики электроэнергии специально для установки на DIN-рейку). Для монтажа на рейку необходимо завести корпус автомата за верхнюю часть DIN-рейки и нажать на нижнюю часть автомата, чтобы фиксатор защелкнулся. Для снятия с DIN-рейки необходимо поддеть снизу фиксатор защелки и снять автомат.

Встречаются модульные устройства с тугими защелками, в этом случае при установке на DIN-рейку необходимо поддевать снизу защелку фиксатора, заводить автомат на рейку и потом отпускать защелку, либо защелкивать ее принудительно, надавливая на нее отверткой.

Корпус автоматического выключателя состоит из двух половинок, соединенных четырьмя заклепками. Чтобы разобрать корпус, необходимо высверлить заклепки и снять одну из половинок корпуса.

В результате получаем доступ к внутреннему механизму автоматического выключателя.

Итак, в конструкцию автоматического выключателя входят:

1 — верхняя винтовая клемма;

2 — нижняя винтовая клемма;

3 — неподвижный контакт;

4 — подвижный контакт;

5 — гибкий проводник;

6 — катушка электромагнитного расцепителя;

7 — сердечник электромагнитного расцепителя;

8 — механизм расцепителя;

9 — рукоятка управления;

10 — гибкий проводник;

11 — биметаллическая пластина теплового расцепителя;

12 — регулировочный винт теплового расцепителя;

13 — дугогасительная камера;

14 — отверстие для отвода газов;

15 — защелка фиксатора.

Поднимая рукоятку управления вверх, автоматический выключатель подключается к защищаемой цепи, опустив рукоятку вниз — отключатся от нее .

Тепловой расцепитель, представляет собой биметаллическую пластину, которая нагревается проходящим через нее током, и если ток превышает заданное значение, пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепителя, отключая таким образом автоматический выключатель от защищаемой цепи.

Электромагнитный расцепитель — это соленоид, т.е. катушка с намотанной проволокой, а внутри сердечник с пружиной. При возникновении короткого замыкания ток в цепи очень быстро нарастает, в обмотке катушки электромагнитного расцепителя наводится магнитный поток, под воздействием наведенного магнитного потока перемещается сердечник, и, преодолевая усилие пружины, воздействует на механизм и отключает автомат.

Как работает автоматический выключатель?

В обычном (неаварийном) режиме работы автоматического выключателя, когда рычаг управления взведен, электрический ток подается к автомату через питающий провод, подключенный к верхней клемме, далее ток проходит на неподвижный контакт, через него на подключенный к нему подвижный контакт, далее через гибкий проводник подается на катушку соленоида, после катушки по гибкому проводнику на биметаллическую пластину теплового расцепителя, от него на нижнюю винтовую клемму и далее в цепь подключенной нагрузки.

На рисунке показан автомат во включенном состоянии: рычаг управления поднят вверх, подвижный и неподвижный соединены.

Перегрузка возникает, когда ток в цепи, контролируемой автоматическим выключателем, начинает превышать номинальный ток автомата. Биметаллическая пластина теплового расцепителя начинает нагреваться проходящим через нее повышенным электрическим током, изгибается, и, если ток в цепи не уменьшается, пластина воздействует на механизм расцепления, и автоматический выключатель отключается, размыкая защищаемую цепь.

Читать еще:  Японский сад камней: философия и устройство

Для нагрева и изгибания биметаллической пластины требуется некоторое время. Время срабатывания зависит от величины проходящего через пластину тока, чем больше ток, тем меньше время срабатывания и может быть от нескольких секунд до часа. Минимальный ток срабатывания теплового расцепителя составляет 1,13-1,45 от номинального тока автомата (т.е. тепловой расцепитель начинает срабатывать при превышении номинального тока на 13-45%).

Автоматический выключатель — это устройство аналоговое, этим объясняется такой разброс параметров. Существуют технические сложности при его точной настройке. Ток срабатывания теплового расцепителя устанавливается на заводе регулировочным винтом 12. После того, как остынет биметаллическая пластина, автоматический выключатель готов к дальнейшему использованию.

Температура биметаллической пластины зависит от температуры окружающей среды: если автоматический выключатель установлен в помещении с высокой температурой воздуха, то тепловой расцепитель может сработать при меньшем токе, соответственно при низких температурах ток срабатывания теплового расцепителя может быть выше допустимого. Подробно этот вопрос смотрите в статье Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?

Тепловой расцепитель срабатывает не сразу, а через какое-то время, давая возможность току перегрузки вернуться к своему нормальному значению. Если же в течение этого времени ток не снижается, тепловой расцепитель срабатывает, защищая цепь потребителей от перегрева, оплавления изоляции и возможного возгорания проводки.

К перегрузке может приводить подключение в линию мощных приборов, превышающих расчетную мощность защищаемой цепи. Например, при включении в линию очень мощного нагревателя или электроплиты с духовкой (с мощностью, превышающей расчетную мощность линии), или одновременно несколько мощных потребителей (электроплита, кондиционер, стиральная машина, бойлер, электрочайник и т.п.), либо большого количества одновременно включенных приборов.

При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает, наводимое в катушке по закону электромагнитной индукции магнитное поле перемещает сердечник соленоида, который приводит в действие механизм расцепителя и размыкает силовые контакты автоматического выключателя (т.е. подвижный и неподвижный контакты). Линия размыкается, позволяя снять с аварийной цепи питание и защитить от возгорания и разрушения сам автомат, электропроводку и замкнувший электроприбор.

Электромагнитный расцепитель срабатывает практически мгновенно (около 0,02с), в отличие от теплового, но при значительно больших значениях тока (от 3-х и более значений номинального тока), поэтому электропроводка не успевает нагреться до температуры плавления изоляции.

При размыкании контактов цепи, когда в ней проходит электрический ток, возникает электрическая дуга, и чем больше ток в цепи — тем дуга мощнее. Электрическая дуга вызывает эррозию и разрушение контактов. Чтобы защитить контакты автоматического выключателя от ее разрушающего действия, дуга, возникающая в момент размыкания контактов, направляется в дугогасительную камеру (состоящую из параллельных пластин), где она дробится, затухает, охлаждается и исчезает. При горении дуги образуются газы, они отводятся наружу из корпуса автомата через специальное отверстие.

Автомат не рекомендуется использовать в качестве обычного выключателя цепи, особенно если его отключать при подключенной мощной нагрузке (т.е. при больших токах в цепи), поскольку это ускорит разрушение и эррозию контактов.

Итак, давайте резюмируем:

— автоматический выключатель позволяет коммутировать цепь (переводя рычаг управления вверх – автомат подключается к цепи; переводя рычаг вниз – автомат отключает питающую линию от цепи нагрузки);

— имеет встроенный тепловой расцепитель, который защищает линию нагрузки от токов перегрузки, он инерционен и срабатывает через некоторое время;

— имеет встроенный электромагнитный расцепитель, защищающий линию нагрузки от больших токов короткого замыкания и срабатывает почти мгновенно;

— содержит дугогасящую камеру, которая защищает силовые контакты от разрушительного действия электромагнитной дуги.

Конструкцию, назначение и принцип действия мы разобрали.

В следующей статье мы рассмотрим основные характеристики автоматического выключателя, которые необходимо знать при его выборе.

Смотрите Конструкция и принцип работы автоматического выключателя в видеоформате:

Полезные статьи по теме:

Особенности работы и применения воздушных высоковольтных выключателей

Воздушный выключатель — это особый коммутационный аппарат, который применяется только в высоковольтных цепях. Гашение дуги, перемещение контактной силовой группы выполняется сильным потоком сжатого воздуха, нагнетаемого отдельным механизмом. Так как этот аппарат должен выполнять операции с высоким напряжением, то его надёжность и изоляционные свойства должны быть всегда на высоком уровне. Конструкция его выполняется согласно ГОСТа Р52565–2006. В мировой практике они используются в основном в постсоветском пространстве в цепях от 35 кВ и выше. После того как были изобретены элегазовые и вакуумные выключатели высокого напряжения, презентация и внедрение которых, состоялись ещё в 60-е годы прошлого века, этот тип выключателей начал исчезать постепенно с распределительных устройств самых развитых стран.

В современной электротехнике применяется на данный момент только воздушный автоматический выключатель способный производить действия по коммутации, а также надёжно защищать электроприёмники от аварийных режимов короткого замыкания или же перегрузок. В принципе это тот же обычный автомат, только очень редко выпускается он на напряжение выше 1000 Вольт.

Принцип действия

Принцип действия воздушных выключателей основан на гашении электрической дуги, появляющейся при разрыве нагрузки. Этот процесс может происходить двумя типа движения воздуха:

Воздушный выключатель может иметь несколько контактных разрывов, и это зависит от номинального напряжения, на которое он рассчитан. Для облегчения гашения особо больших типов дуги к дугогасящим контактам подключается шунтирующее сопротивление. Автоматические воздушные выключатели, работающие по принципу гашения дуги в обычных камерах, без наличия сжатого воздуха не имеют таких элементов. Камера гашения дуги у них состоит из перегородок, которые разбивают дугу на мелкие части, и она поэтому не разгорается и быстро тухнет. В этой статье речь пойдёт больше о работе высоковольтных (выше 1000 Вольт) выключателей, не оснащённых встроенной, а имеют управление в схему которой заведены релейные защиты.

Принцип работы высоковольтного выключателя со сжатым воздухом отличается друг от друга конструктивными особенностями, а в частности, с отделителем и без него.

В выключателях, которые оснащены отделителями силовые контакты соединены с специальными поршнями и составляют один контактно-поршневой механизм. Отделитель же включен последовательно к контактам дугогашения. То есть отделитель с дугогасящими контактами образует один полюс выключателя. При замкнутом положении и дугогасящие контакты и отделитель находятся в одном замкнутом состоянии. Во время подачи отключающего сигнала, срабатывает механический пневмоклапан, который в свою очередь открывает пневмопривод, при этом воздух с расширителя воздействует на контакты дугогашения. Расширитель, кстати, также специалисты называют ресивером. При этом силовые контакты размыкаются, а возникшая вследствие этого дуга гасится потоком сжатого воздуха. После чего отключается и сам разделитель, разрывая ток, который остался. Подача воздуха должна быть чётко отрегулирована, чтобы её хватило на уверенное гашение дуги. После прекращения подачи воздуха дугогасительные контакты принимают включенное положение, а разрыв цепи обеспечивается только разомкнутым выключателем. Поэтому при работе на электроустановках, которые питаются от таких выключателей обязательно необходимо выполнять размыкание разъединителей для безопасного проведения работ. Одного отключения пневмовыключателя мало! Чаще всего в цепях до 35 кВ применяется конструкция с открытыми отделителями, а если напряжение, при котором, работает выключатель выше то отделители уже изготавливаются в виде специальных воздухонаполненных камер. Выключатели с отделителем, например, выпускались в советском союзе под маркой ВВГ-20.

Если выключатель воздушный высоковольтный не имеет отделителя, то дугогосящие контакты его выполняют также роль и разрывания цепи и гашения возникшей дуги. Привод в них отделён от среды, в которой происходит гашение, а контакты могут иметь одну или даже две ступени работы.

Классификация устройств

Все воздушные высоковольтные выключатели, кроме как, по конструкции (с отделителем и без) отличаются, также и по назначению:

  • Сетевые. Они рассчитаны на напряжение 6000 вольт и выше и используются в цепях переменного тока для включения и выключения потребителей в нормальных неаварийных режимах работы, а также отключение при возникших коротких замыканиях;
  • Генераторные. Применяются в сетях с рабочим напряжением от 6 до 24 тысяч Вольт, для подключения в эти цепи генераторов. Выдерживают пусковые токи, а также режимы К.З.;
  • Для электротермических установок. Рабочее напряжение, при котором возможна нормальная коммутация, составляет 6–220 кВ. Может работать также и в аварийных режимах.
  • Специального назначения. Они выпускаются не серийно, а под заказ и изготавливаются с учётом местных условий эксплуатации.

И также выключатели, имеющие пневмоустановку для работы, разделяются по виду и расположению этого механизма, нагнетающего воздух аппарата:

  1. Опорные;
  2. Подвесные. Имеют подвешивающую к порталу, установленному на ОРУ, конструкцию;
  3. Выкатные. Оснащены механизмом для выкатывания из распредустройства;
  4. Встраиваемые в КРУ (комплектные распределительные устройства).

Преимущества и недостатки

Преимуществ таких устаревших устройств немного вот основные из них:

  1. В связи с давним применением имеется большой опыт как эксплуатации, так и ремонта;
  2. В отличие от других более современных собратьев (особенно элегазовых) данные выключатели поддаются ремонту.

Из недостатков хотелось бы выделить следующие:

  1. Наличие для работы дополнительной пневмоаппаратуры или же компрессоров;
  2. Повышенный шум при отключении, особенно при аварийных режимах короткого замыкания;
  3. Крупные несовременные габариты, что вызывает увеличение территории выделяемой для ОРУ;
  4. Боятся влажного воздуха и запылённости. Поэтому для воздушных систем применяются дополнительные меры, устанавливается направленное на уменьшение этих вредных факторов оборудование.

Дополнительные элементы для воздушных выключателей

Сам выключатель не может создавать поток сжатого воздуха, на котором основана его работа, поэтому для его эксплуатации необходимы следующие основные компоненты:

  1. Компрессор для создания сжатого воздуха;
  2. Герметичную систему пневматических приводов;
  3. Ресивер для хранения уже готового сжатого воздуха.

В связи с применением этих компонентов также согласно ГОСТа необходимы:

  • Манометры. Они показывают реальное давление в резервуаре выключателя;
  • Реле минимального давления контакты которого обеспечат подачу сигнала в случае снижения определённого давления которое нормируется. Эту же роль может играть и манометр, содержащий электроконтактную часть;
  • Запорный общий клапан, который устанавливается на воздухопроводе;
  • Обратный клапан, обеспечивающий надёжное перекрывание выхода сжатого воздуха с резервуара при понижении давления в подводящем воздухопроводе;
  • Фильтр очищающий воздух от различной, токопроводящей и не только, пыли;
  • Устройство для спускания воздуха или воды из самой нижней точки резервуара.

Подготовка воздуха

Если распределительная подстанция оборудован этим типом выключатели то к воздуху, подаваемому в них тоже предъявляться ряд требований, направленных на подготовку воздуха его очистку и удаление влаги. Пыль, имеющаяся в воздухе, даже очень мелкая снижает разрядное напряжение, а также засоряет клапаны. Особую опасность вызывает влажность, которая при изменениях в окружающей среде может конденсироваться в воздуховоде. Из-за этого зимой, возможно, обледенение клапанов и труб, и нарушение проходимости воздуха под давлением. Стальные же элементы быстро ржавеют и изнашиваются. Появление конденсата на внутренней поверхности изоляторов, приводит к ухудшению электрической прочности и даже к пробоям.
Для очистки воздуха используются масляные фильтры, которые установлены на всасывающих патрубках. Чистка их должна быть регулярной, и чем выше запыленность тем меньше период между ними. Уменьшение влаги в воздухе производится путём подвергания его сжатию выше номинального давления в два раза. Влага, улавливаемая в змеевике, спускается, а сжатый воздух проходит через редуктор, который и снижает его давление. Дополнительная осушка выполнятся может с помощью абсорбентов, улавливающих воду из воздуха. Эти две беспрецедентные меры позволяют добиться значительного снижения влаги почти до нулевого значения.

Читать еще:  Как расположить розетки на кухне для подключения всей техники

Типы выпускаемых высоковольтных воздушных выключателей

Выключатели серии ВВБ

Они выпускаются ПО «Электроаппарат», рассчитаны на работы с U от 110 до 750 кВ. Их ключевые элементы устанавливаются на колонны, сделанные из фарфоровых надёжных изоляторов. Рабочее давление, которое должен создать компрессор от 2 до 2, 6 МПа этот фактор зависит от того на какое напряжение будет эксплуатироваться аппарат.

Выключатели серии ВВБК

Они предназначены для работы в сетях с напряжением 110–500 Кв. В их системах давление сжатого воздуха не должно быть меньше 4 МПа. Для улучшения гашения дуги при таких напряжениях применяется двухсторонняя подача очищенного воздуха. Простая пневматическая система, была заменена более усовершенствованной пневмомеханической, именно это позволило значительно уменьшить время срабатывания при отключениях, что важно в таких цепях.

Выключатели серии ВВГ-20

Они исключительно используются для генераторов. Они разработаны для работы с номинальным напряжением 20 кВ и номинальный ток 20 кА, а ток отключения составляет 160 кА. Давление воздуха в районе 2 МПа. При включении коммутатора сначала происходит срабатывание отделителя, а затем уже и сам дугогасящий механизм. Они предназначены только для внутренней установки.

При работе со сжатым воздухом и опасным высоким напряжением стоит быть особо осторожным, так как эти два вида энергии могут привести не только к травмам, но и к лишению жизни.

Видео об устройстве и назначении частей выключателя

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

19.05.2013

Автоматические воздушные выключатели и установочные автоматы

Автоматические воздушные выключатели, или как их сокращенно называют — автоматы, применяются для защиты генераторов и электродвигателей, а также для их нечастого ручного включения или отключения. Таким образом, автоматы являются защитно-коммутационными аппаратами.

Обычно контактная система воздушных автоматов состоит из двух параллельно включенных контактов: главных (рассчитанных на номинальный ток автомата) и вспомогательных (по размерам меньше главных и легко заменяемых).

Вспомогательные контакты замыкаются раньше, а размыкаются позже главных. Поэтому дуга, возникающая при разрыве электрической цепи, воздействует только на вспомогательные (разрывные) контакты, заменить которые значительно легче, чем главные.

В автоматах защиты генераторов и в автоматах защиты электродвигателей имеются одни и те же основные части:

а) контакты, размыкающиеся автоматически и замыкаемые по большей части вручную и в отдельных случаях при помощи специальных электромагнитов;

б) искрогасящая система, состоящая из искрогасительных камер (на каждый полюс отдельная камера) и других устройств для ускорения гашения электрической дуги, возникающей между контактами при их размыкании (например, дугогасительная решетка, разбивающая дугу на целый ряд отдельных коротких дуг, или искрогасительная катушка, «выдувающая» дугу);

в) включающее устройство, состоящее из рукоятки или рычажного (в некоторых случаях — электромагнитного) привода, действующее на вал автомата через так называемый механизм свободного расцепления;

г) реле, называемые расцепителями, которые действуют непосредственно на механизм свободного расцепления, разрывая контакты автоматов;

д) коммутатор, т. е. несколько находящихся под воздействием вала автомата контактов, служащих для подачи сигналов о том, включен или выключен автомат.

Автомат максимального тока

Устройство и принцип действия автомата максимального тока показаны схематически на рис.1. Основной частью автомата является электромагнит Э, обмотка которого включается в цепь последовательно с нагрузкой генератора.

Когда сила тока, отдаваемого генератором (и проходящего в обмотке электромагнита), достигает определенной величины, электромагнит преодолевает натяжение пружины П1, и вращающийся на оси О якорь Я притягивается левым концом к сердечнику электромагнита. При этом имеющаяся на правом конце якоря защелка 3 освобождает нож рубильника, который под действием пружины П2 размыкает цепь.

Регулируя натяжение пружины П1, можно изменять ток, вызывающий срабатывание автомата, т. е. варьировать величину так называемой уставки автомата.

Автоматический выключатель а3700 (а3726, а3792, а3796) обеспечивают токовую защиту во время перегрузки и коротких замыканий в цепях постоянного тока (напряжение до 440 В) или переменного тока (до 660 В) частотой 50-60 Гц.

Автомат максимального напряжения

Автомат максимального напряжения отличается от автомата максимального тока только тем, что обмотка его электромагнита включается в цепь параллельно генератору (рис. 2). Когда напряжение в цепи достигает определенной величины (не допустимой для нормальной работы), электромагнитом притянется левый конец якоря, в результате чего цепь разомкнётся.

Автомат минимального или нулевого тока

В автомате минимального или нулевого тока электромагнит Э, обмотка которого включена в цепь последовательно нагрузке (рис. 3), преодолевая натяжение пружины П1, держит левый конец якоря притянутым к сердечнику.

При уменьшении тока до определенной величины (или при полном прекращении тока, т. е. при «нулевом» токе) притяжение якоря электромагнитом ослабевает. Пружина П1 поворачивает тогда якорь Я на оси О, вследствие чего защелка 3 освобождает нож рубильника и цепь размыкается.

Автомат минимального напряжения

Автомат минимального напряжения отличается от автомата максимального тока лишь тем, что обмотка электромагнита его приключается параллельно генератору.

При понижении напряжения в сети до определенной величины притяжение якоря электромагнитом ослабевает и под действием пружины происходит размыкание цепи.

Автоматические выключатели серии а3700 (а3726, а3792, а3796) также осуществляют защиту электроустановок от недопустимого снижения напряжения.

Автомат обратного тока

Автомат обратного тока в отличие от рассмотренных выше автоматов имеет не одну, а две обмотки электромагнита, из которых одна присоединяется к цепи последовательно, а другая — параллельно генератору. При этом обмотки включаются так, что магнитные поля, создаваемые токами в каждой из них, имеют противоположные друг другу направления. Вследствие этого суммарное поле, создаваемое электромагнитом, незначительно и не оказывает никакого действия на якорь. Когда же ток в цепи изменит свое направление на обратное, оба магнитных поля окажутся направленными одинаково — сердечник электромагнита намагнитится и притянет к себе якорь, вследствие чего цепь будет разомкнута.

Обмотки электромагнитов в автоматах можно комбинировать таким образом, что один автомат будет служить и для защиты от перегрузок, и для защиты от обратного тока. Такие комбинированные автоматы устанавливаются на главных распределительных щитах судовых электростанций для защиты параллельно работающих генераторов.

В последнее время чаще всего применяются автоматы с максимальными расцепителями и выключающей катушкой, которые производят автоматическое выключение контактов независимо друг от друга. Указанная катушка может быть включена как реле нулевого напряжения (т. е. работать на отключение автомата при исчезновении напряжения в сети) или может действовать через какое-либо отдельно стоящее реле. В зависимости от назначения реле и способа включения катушки один и тот же тип автомата можно использовать для различных условий работы.

Рассмотренные выше автоматы срабатывают сразу, как только величина тока или напряжения выходит за допустимые пределы. Однако при работе вспомогательных механизмов судна могут быть такие перегрузки, которые длятся всего лишь несколько секунд. Если автомат действует мгновенно, то и при такой кратковременной неопасной перегрузке генератор будет отключен автоматом от сборных шин распределительного щита, вследствие чего все механизмы, питавшиеся этим генератором, остановятся. Выход же некоторых из них из строя может иметь вредные для судна последствия, а иногда и привести к аварии (выход из строя рулевого устройства во время маневрирования).

Поэтому часто автоматы снабжают устройством, которое заставляло бы автомат действовать не мгновенно, а с замедлением, или, как говорят, с выдержкой времени.

В качестве такого устройства применяют реле времени, часовые механизмы и масляные демпферы (замедлители).

Если это устройство позволяет регулировать выдержку времени, то автоматы с таким устройством носят название селективных автоматов.

Рассмотрим устройство изображенного на рис. 4 трехполюсного максимально-нулевого автомата. На каркасе 1 укреплены изолированные неподвижные контакты. Подвижные контакты насажены на изолированный вал автомата и приходят в соприкосновение с неподвижными при включении автомата. Включение осуществляется поворотом вала с помощью рукоятки 2 или рычажного привода, не показанного на рисунке.

Механизм свободного расцепления поддерживает контакты в соприкосновении до тех пор, пока на него не подействует реле (расцепитель). При действии того или иного реле подвижные контакты отрываются от неподвижных и автомат выключается. Повторное включение автомата рукояткой 2 будет возможно только после устранения причин, вызвавших действие того или иного реле, т. е. лишь тогда, когда этот расцепитель возвратится в исходное положение.

До этого момента механизм свободного расцепления делает невозможным поворот вала. От подвижных контактов ток проходит к зажимам, находящимся внизу автомата, по катушкам двух максимальных реле 3. Нулевое реле 4 расположено справа от них (под рукояткой). Контакты автомата закрыты искрогасительными камерами 5.

На рис. 5 представлена схема включения двухполюсного максимально-нулевого автомата.
Цифрами 1 и 2 обозначены максимальные реле (расцепители), 3 — минимальный расцепитель с добавочным сопротивлением 4 (оно требуется не всегда, а в зависимости от напряжения сети), 5 — сигнальные лампы, питающиеся через коммутатор 6.

Максимальные расцепители снабжены масляными замедлителями.

Автоматы являются более совершенными аппаратами защиты, чем плавкие предохранители, так как они могут быть более точно отрегулированы на определенный ток срабатывания. Кроме того, после отключения, вызванного появлением ненормального режима работы, автоматы могут быть включены снова без замены каких-либо частей.

Установочные автоматы, получившие за последнее время исключительно широкое применение на судах морского флота, так же как и воздушные автоматы, относятся к защитно-коммутационным аппаратам.

Обычно установочные автоматы монтируют на распределительных щитах для защиты отходящих магистральных линий от перегрузок и коротких замыканий.

Эти автоматы выпускаются промышленностью в одно-, двух- и трехполюсном исполнении для цепей постоянного (до 220 в) и переменного (до 500 б) тока и рассчитаны на номинальные токи от 50 до 600а.

На рис. 6 дан эскиз (вид спереди) установочного трехполюсного автомата на номинальный ток 100 а. Автомат смонтирован на пластмассовом основании и закрыт пластмассовым кожухом. Механизм управления с выведенной через окно в центре кожуха рукояткой управления имеет свободное расцепление. Контакты автомата выполнены из специального материала, исключающего возможность приваривания контактов друг к другу.

Контакты заключены в дугогасительные камеры.

Установочные автоматы комплектуются следующими видами расцепителей:

а) электромагнитными, срабатывающими мгновенно при токах, превышающих ток уставки в 7— 10 раз (защита от токов короткого замыкания);

б) тепловыми, срабатывающими в течение 1 ч при токах, составляющих 1,3—1,45 от номинального тока расцепителя (защита от перегрузок);

в) комбинированными, состоящими из электромагнитных и тепловых элементов.

Расцепители установочных автоматов (выпускаемые на номинальные токи от 15 до 600 а) не имеют приспособлений для регулировки тока срабатывания в эксплуатации. Регулируют расцепители на заводе-изготовителе автоматов, после чего расцепители опечатывают с тем, чтобы их регулировка не могла быть нарушена эксплуатационным персоналом.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector