Конструкции автоматических выключателей

Лекция. Воздушные автоматические выключатели

Содержание лекции: общие сведения об автоматических выключателях. Классификация. Конструкции.

Цель лекции: изучение конструкции автоматических воздушных выключателей.

Общие сведения. Классификация

Автоматический воздушный выключатель (автомат) – аппарат, предназначенный для автоматического отключения цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 раз в сутки) коммутаций электрических цепей. Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного до 1000В и постоянного тока до 440В одно-, двух-, трех - и четырехполюсном исполнении на номинальные токи от 6,3 до 6300 А.

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, назы­ваемые расцепителями. Расцепители обеспечивают отключение автомата при пере­грузках, КЗ и снижении напряжения. Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой.

По времени отключе­ния выключатели различаются на следующие типы:

- нормальные выключатели - время срабатывания, в зависимости от номинального тока и конструкции лежит в пределах 0,02-0,1 сек.;

- селективные – отключение происходит после получения импульса на срабатывания и перед отключением имеют выдержку времени до 1 сек.;

- быстродействующие выклю­чатели – время их срабатывания не должно превосходить 0,005 сек.

Нормальные и селективные автоматические выключатели токоограничивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, обладают токоограничивающим действием, так как отключают цепь до того, как ток в ней достигнет ударного значе­ния.

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить се­лективную защиту сетей путем установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.

В некоторых случаях требуется комбинированная защита электрической цепи – максимальная по току и минимальная по напряжению. Автоматы, удовлетворяющие этому требованию, называются универсальными.

Автоматы общепромышленного, коммерческого и бытового назначения обычно имеют лишь максимально- токовую защиту, отрегулированную на заводе. В эксплуатации эти характеристики не могут быть изменены. Такие автоматы называются установочными.

Современные выключатели с номинальным током более 250А, могут быть снабжены электронными расцепителями. В этих выключателях потребителю предоставлена возможность самому производить настройку уставок расцепителей. Могут быть отрегулированы токи теплового и электромагнитного расцепителя, а также и время их срабатывания, что позволяет надежно отстроить выключатель от пусковых токов и обеспечить селективность срабатывания защиты.

Конструкции автоматических выключателей

Основные элементы автоматического выключателя и их взаимодей­ствие рассмотрим по принципиальной схеме (рисунок 10.1).

Рисунок 10.1- Принципиальная схема автоматического выключателя

Контактная система выключателей на большие токи выполняется двухсту­пенчатой и состоит из главных 11, 5 и дугогасительных контактов 7.

Главные контакты должны иметь малое переходное сопротивление, так как по ним проходит основной ток. Обычно это массивные медные кон­такты с серебряными накладками на неподвижных контактах и металлокерамическими накладками на подвижных контактах. Дугогасительные кон­такты замыкают и размыкают цепь, поэтому они должны быть устойчивы к возникающей дуге, поверхность этих контактов металлокерамическая. При номинальных токах до 630А контактная система одноступенчатая, т. е. контакты играют роль как главных, так и дугогасительных. На рисунке 10.1 выключатель показан в отключенном положении. Чтобы его включить, вращают рукоятку 2 или подают напряжение на электро­магнитный привод 1. Возникающее усилие перемещает рыча­ги 3 вправо, при этом поворачивается несущая деталь 13, замыкаются сна­чала дугогасительные контакты 7 и создается цепь тока через эти контакты и гибкую связь 12, а затем главные контакты 5 — 11. После завер­шения операции выключатель удерживается во включенном положении защелкой 14 с зубцами 15 и пружиной 16.

Отключают выключатель рукояткой 2, приводом 1 или автоматически при срабатывании расцепителей. Максимальный расцепитель 17 срабатывает при протекании по его обмотке YAT1 тока КЗ. Создается усилие, преодолевающее натяжение Р пружины 16, рычаги 3 переходят вверх за мертвую точку, в результа­те чего автоматический выключатель отключается под действием отклю­чающей пружины 4.Этот же расцепитель выполняет функции независимого расцепителя. Если на нижнюю обмотку YAT2 подать напряжение кнопкой SB, он срабатывает и осуществляет дистанционное отключение. При снижении или исчезновении напряжения срабатывает мини­мальный расцепитель 18 и также отключается автоматический выключатель. При отключении 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 достаточном расстоянии. Между дугогасительными контактами образуется дуга, которая выдувается вверх в дугогасительную камеру 8, где и гасится. Дугогасительные камеры выполняются чаще всего со стальными пластинами (эф­фект деления длинной дуги на короткие), а для автоматов на большие токи с лабиринтно-щелевыми (эффект гашения дуги в узкой щели). Втягивание дуги в камеру осуществ­ляется магнитным дутьем. Материал камеры должен обладать высокой дугостойкостью. При протекании тока КЗ через включенный автоматический выключа­тель между контактами возникают значительные электродинамические силы, превышающие силы контактных пружин 6 и 10, которые могут ото­рвать один контакт от другого, а образовавшаяся дуга сварить их. Чтобы избежать самопроизвольного отключения, применяют электродина­мические компенсаторы 9, в виде изогнутых петлей шинок. Токи в шин­ках 9 имеют разное направление, что создает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах.

Рычаги 3 играют роль механизма свободного расцепления, который обеспечивает отключение автоматического выключателя в любой момент времени, в том числе при необходимости и в процессе включения. Если выключатель включается на существующее КЗ, то мак­симальный расцепитель 17 срабатывает и переводит рычаги 3 вверх за мертвую точку, нарушая связь привода 1 (или 2) с подвижной системой ав­томатического выключателя, который отключается пружиной 4, несмотря на то, что приводом будет передаваться усилие на включение. Принципиально все современные выключатели выполнены по приведенной выше схеме. Могут отличаться дизайном, конструктивными и проводниковыми материалами и устройством защит.

Автоматические выключатели в соответствии с современным стандартом характеризуются следующими основными параметрами:

In - номинальный ток выключателя. Это ток, длительное протекание которого не вызывает нагрев выключателя сверх допустимой температуры.

Icu - номинальная предельная отключающая способность короткого замыкания. Это действующее значение максимального тока КЗ, который выключатель еще способен отключить, сохраняя при этом свою работоспособность.

Ics - Номинальная рабочая отключающая способность короткого замыкания. Это действующее значение тока КЗ, который выключатель способен повторно отключить после только что отключенного КЗ, сохраняя при этом свою работоспособность.

Icm - Номинальная включающая способность короткого замыкания. Это максимальное значение тока КЗ (ударный ток КЗ), которое выключатель способен выдержать, сохраняя при этом свою работоспособность.