Автоматический выключатель - это контактный коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также включать, проводить в течение определённого устанавливаемого времени и отключать токи в определённом аномальном состоянии цепи электрического тока. Автоматический выключатель предназначен для защиты кабелей, проводов и конечных потребителей от перегрузки и короткого замыкания. Автоматические выключатели выполняют одновременно функции защиты и управления. Независимо от выполняемых функции автоматические выключатели подразделяются по собственному времени срабатывания tс, в (времени с момента подачи команды до начала размыкания контактов) на:
– нормальные (tc = 0,02-0,1 с);
– селективные (tc, регулируется до 1с);
– быстродействующие, обладающие токоограничивающим эффектом (tс, не более 0,05 с).
Номинальные токи главных цепей выключателей, предназначенных для работы при температуре окружающего воздуха 40 °C, должны соответствовать ГОСТ 6827. Номинальные токи для главных цепей выключателя выбирают из ряда: 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300 А. Дополнительно могут выпускаться выключатели на номинальные токи главных цепей выключателей: 1500; 3000; 3200 А.
Автоматические выключатели подразделяются по числу полюсов главной цепи на: однополюсные, двухполюсные, трехполюсные, четырехполюсные; по наличию токоограничения - на: токоограничивающие, нетокоограничивающие; по видам расцепителей: с максимальным расцепителем тока, с независимым расцепителем, с минимальным или нулевым расцепителем напряжения. По характеристике выдержки времени максимальных расцепителей тока: без выдержки времени; с выдержкой времени, независимой от тока; с выдержкой времени, обратно зависимой от тока; с сочетанием указанных характеристик. По наличию свободных контактов: с контактами; без контактов. По способу присоединения внешних проводников: с задним присоединением; с передним присоединением; с комбинированным присоединением (верхние зажимы с задним присоединением, а нижние – с передним присоединением или наоборот); с универсальным присоединением (передним и задним). По виду привода: с ручным; с двигательным. Контактная система может быть трехступенчатой (с главными, промежуточными и дугогасительными контактами), двухступенчатой (с главными и дугогасительными контактами) и при использовании металлокерамики одноступенчатой. Дугогасительная система может состоять из камер с узкими щелями или из камер с дугогасительными решетками. Комбинированные дугогасительные устройства - щелевые камеры в сочетании с дугогасительной решеткой применяют для гашения дуги при больших токах.
Автоматические выключатели могут быть регулируемыми и нерегулируемыми и характеризуются номинальным напряжением и поминальным током, а их тепловые расцепители — номинальным током расцепителя и током уставки. К нерегулируемым автоматам относят выключатели серий А-3100, АЕ-1000, АЕ-2000, АК-68, АБ-25. Выключатели серий АП-50, А-3700, АВ, АВМ относят к регулируемым и они имеют регулировочные устройства, с помощью которых можно изменять значение тока уставки.
Устройство и принцип действия автоматического выключателя.
На рисунке 1 приведена схема автоматического выключателя. Контактная система выключателей на большие токи — двухступенчатая, состоит из главных 11, 5 и дугогасящих контактов 7. КГ должны иметь малое переходное сопротивление, так как по ним проходит основной ток.
На рисунке АВ показан в процессе отключения. Чтобы его включить, вращают рукоятку 2 или подают напряжение на электромагнитный привод 1 (YA). Возникающее усилие перемещает рычаги 3 вправо, при этом поворачивается несущая деталь 13, замыкаются сначала дугогасящие 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 к.з. 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, АВ также отключается. При отключении сначала размыкаются главные контакты, и весь ток переходит на дугогасящие контакты. На главных контактах дуга не образуется. Дугогасящие контакты 7 размыкаются, когда главные находятся на достаточном расстоянии. Между дугогасящими контактами образуется дуга, которая выдувается вверх в дугогасительную камеру 8, где и гасится.
При протекании тока к.з. 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 может сварить их. Чтобы избежать самопроизвольного отключения, применяют электродинамические компенсаторы в виде шинок 9, изогнутых петлей. Токи в шинках 9 имеют разное направление, что создает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах. Рычаги 3 выполняют функцию механизма свободного расцепления, который обеспечивает отключение автоматического выключателя в любой момент времени, в том числе при необходимости и в процессе включения.
Рисунок 1 – Устройство автоматического выключателя
1.3.2 Реле
Реле - это такой электрический аппарат, в котором при плавном изменении входного (управляющего) параметра происходит скачкообразное изменение выходного (управляемого) параметра.
Реле применяется в схемах автоматики, схемах управления и защиты и в энергосистемах.
1.3.2.1 Классификация реле
Реле классифицируются по следующим критериям:
По принципу действия:
– электромагнитные;
– поляризованные;
– тепловые;
– индукционные;
– магнитоэлектрические;
– полупроводниковые;
– электродинамические;
– температурные.
По входному параметру:
– реле тока;
– реле напряжения;
– реле мощности;
– реле частоты.
По принципу воздействия на управляемую цепь:
– контактные;
– бесконтактные.
По способу включения:
– первичные;
– вторичные;
– промежуточные.
По способу воздействия исполнительного элемента:
– прямого действия;
– косвенного действия.
1.3.2.2 Устройство и принцип работы реле
Реле представляет собой катушку(1), состоящую из немагнитного основания, на которое намотан провод из меди с тканевой или синтетической изоляцией, но чаще всего с диэлектрическим лаковым покрытием. Внутри катушки установленной на нетокопроводящее основание(5), размещается ферромагнитный стержень(2). Также в устройстве имеются пружина(6), якорь(3), соединительные элементы и пары контактов(4). На рисунке 2 представлена схема устройства реле.
Рисунок 2 – Устройство реле
При подаче тока на обмотку электромагнита (соленоида) сердечник притягивает якорь, который соединяется с контактом и электрическая или электронная цепь замыкается. При снижении силы тока до определенного значения, якорь, под действием пружины, возвращается на исходную позицию, вследствие чего происходит размыкание цепи.
Более плавная и точная работа достигается благодаря использованию резисторов, а защиту от скачков напряжения и искрения обеспечивает установка конденсаторов.
У большинства электромагнитных реле имеется не одна, а несколько пар контактов, что позволяет управлять несколькими цепями одновременно.
1.3.3 Предохранители
Предохранитель – это аппарат защиты, автоматически отключающий
электрическую цепь при перегрузках или к.з. за счёт перегорания
(расплавления) плавкой вставки. После отключения предохранителем цепи
необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную, либо заменить
предохранитель в сборе.
Предохранитель состоит из корпуса (1), плавкой вставки (2), контактов (3), наполнителя (4), в качестве наполнителя обычно используются гипс или кварцевый песок. На рисунке 3 представлена схема устройства предохранителя.
Рисунок 3 – Устройство предохранителя
Предохранители характеризуются номинальным током плавкой вставки, т.е. током, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы.
В нормальном режиме теплота, выделяемая током нагрузки в плавкой вставке, передается в окружающую среду и температура всех частей предохранителя не превышает допустимую. При перегрузках или к.з. температура вставки увеличивается и она расплавляется. Чем больше6 протекающий ток, тем меньше время плавления. Эта зависимость называется защитной (токовременной) характеристикой предохранителя.
Предохранители не должны отключать электрическую цепь при протекании условного тока неплавления и должны отключать цепь при протекании условного тока плавления в течение определенного времени, зависящего от номинального тока.
Чтобы уменьшить время срабатывания предохранителя, применяются плавкие вставки из разного материала, специальной формы, а также используется металлургический эффект. Наиболее распространенными материалами плавких вставок являются медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Конструктивно вставки выполняются в виде проволок, полосок или пластин.
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ АППАРАТОВ ЗАЩИТЫВО ВРЕМЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
2.1 Техническое обслуживание
Повышению надежности работы электрооборудования в процессе эксплуатации в значительной степени способствует правильная организация и своевременнее проведение технического обслуживания (ТО) в полном объеме. Основной задачей ТО является поддержание электрооборудования в работоспособном состоянии. Работы по ТО проводят на месте установки электрооборудования.
Проведение ТО позволяет своевременно обнаруживать и устранять неисправности, возникающие в процессе эксплуатации электрооборудования, или причины, которые могут вызвать неисправности. Таким образом, в своей основе техническое обслуживание является профилактическим мероприятием, направленным на обеспечение работоспособности электрооборудования и предупреждение возникновения и развития неисправностей. При обнаружении во время проведения ТО неисправностей, устранение которых требует разборки электрооборудования или применения специального оборудования, решается вопрос о необходимости проведения ремонта (текущего или капитального).
Техническое обслуживание подразделяется на плановое (предупредительное) и неплановое (вынужденное).
Плановое техническое обслуживание предусматривает систематическое выполнение работ с целью предупредить возникновение отказов, сильное изнашивание и старение. Неплановое ТО проводится при возникновении неисправности.
Плановое техническое обслуживание в зависимости от способа определения периодичности и объема работ по техническому обслуживанию бывает следующих видов: регламентированое; с периодическим контролем; по фактическому техническому состоянию.
Регламентированым является техническое обслуживание, предусмотренное в нормативно-технической документации и выполняемое с периодичностью и в объеме, которые установлены в ней, независимо от технического состояния электрооборудования в момент начала технического обслуживания. Регламент технического обслуживания может быть жёстким и с допуском.
Регламентированное ТО применяется в процессе эксплуатации. Обслуживание выполняется через определённые календарные время или по достижении определённой наработки, или по комбинированному принципу.
При техническом обслуживании с периодическим контролем выполняется контроль технического состояния электрооборудования с установленными в нормативно-технической документацией периодичностью и объемом, а объем остальных операций определяется техническим состоянием в момент начала технического обслуживания. Потребность в техническом обслуживании его объем устанавливается на основании регламентированного контроля, периодически выполняемого в процессе эксплуатации независимо от состояния электрооборудования.
Некачественное и несвоевременное проведение ТО снижает работоспособность электрооборудования, увеличивает расходы на проведение ремонтов.
При ТО электротехнический персонал сталкивается с необходимостью поиска неисправностей для определения причин отказов и восстановления работоспособности электрооборудования. Поиск неисправностей сравнительно простого по конструкции электрооборудования не вызывает особых трудностей. Для выявления причин неисправности сложного электрооборудования и сложных электрических схем рекомендуется составлять алгоритмы поиска, в которых указывается наиболее рациональная последовательность выполнения операций. Эта последовательность обеспечивает минимальные затраты времени и средств для проведения поиска.
Для поиска неисправностей наиболее распространены способы последовательного функционального анализа, половинного разбиения и вероятностно-временной.
Способ последовательного функционального анализа основан на определении основных функций контролируемого электрооборудования или схемы. Путем проверки функциональных параметров отыскивают отклонения и устанавливают отказавший элемент. Этот способ достаточно прост, нагляден, однако последовательность поиска неисправности не оптимальна.
Для электрооборудования с последовательным соединением элементов часто применяют способ половинного разбиения. Согласно этому способу вначале определяют элемент, разделяющий объект контроля примерно на две части, вероятности возникновения отказа которых примерно одинаковы. Затем в неисправной половине объекта вновь находят элемент, разделяющий эту половину на части с одинаковой вероятностью возникновения отказа. Такие операции проводят до тех пор, пока не обнаружат неисправный элемент.
Если функциональные элементы сложного объекта или схемы соединены произвольно, обычно применяют вероятностно-временной способ поиска неисправностей, информативной основой этого способа являются данные о вероятности отказов или безотказной работы элементов и затрачиваемое на их проверку время. Иногда используется отношение времени проверки элемента к вероятности его отказа или отношение вероятности безотказной работы к времени проверки. Для проведения поиска по структурной или электрической схеме электрооборудования строят функциональную модель, а затем составляют матрицу неисправностей. В верхней части матрицы обычно помещают перечень всех основных признаков неисправностей, а в строках — перечень причин отказов или отказавших элементов, изменение состояния которых может вызвать признаки неисправностей. Для элементов определяют время, затрачиваемое на проверку технического состояния, и вероятность отказа или безотказной работы. Последовательность проверки элементов в соответствии с вероятностно-временным способом поиска неисправностей устанавливается по возрастанию отношения времени, затрачиваемого на проверку технического состояния элемента, к вероятности отказа этого элемента или по уменьшению отношения вероятности безотказной работы элемента к времени, затрачиваемому на его проверку. Поиск неисправности начинается с Проверки элемента, имеющего наименьшее отношение времени проверки к вероятности отказа или имеющего наибольшее отношение вероятности безотказной работы к времени проверки, и продолжается до тех пор, пока не будет найден отказавший элемент. Построенная таким образом программа обеспечивает минимальные затрату времени на поиск неисправности.
2.2 Методика и алгоритм технического обслуживания автоматических выключателей
При техническом обслуживании автоматических выключателей необходимо выполнить технологические операции по следующей методике:
1 Очистка автоматического выключателя
Производится очистка кожуха выключателя от пыли сухим обтирочным материалом, затем снимается крышка автоматического выключателя. Далее расцепляется рычаг с удерживающей рейкой, для чего необходимо повернуть осторожно рейку до момента расцепления ее с рычагом. Вынимаются дугогасительные камеры. Удаляются копоть и пятна обтирочным материалом, смоченным растворителем. Затем необходимо протереть выключатель сухим обтирочным материалом, осмотреть автоматический выключатель и убедиться в целости пластмассового основания и крышки.
2 Проверка механической системы выключателя
Для проверки механической системы выключателя нужно несколько раз включить и отключить выключатель вручную. Скорость включения и отключения выключателя не должна зависеть от скорости движения рукоятки или кнопки. Смазать шарнирные соединения приборным маслом.
При наличии дистанционного привода необходимо: а) отвернуть винты крепления крышки дистанционного привода и снять крышку; б) осмотреть дистанционный привод и смазать шарнир привода приборным мелом; в) закрыть крышку дистанционного привода и плотно затянуть ее винтами; г) проверить надежность заземления дистанционного привода.
3 Проверка состояния дугогасительных камер
При проверке состояния дугогасительных камер необходимо следы копоти удалить обтирочным материалом, смоченным ацетоном, и вытереть насухо.
4 Проверка состояния контактов
Осмотреть подвижные и неподвижные контакты. Контакты, имеющие нагар на рабочей поверхности, очистить обтирочным материалом, смоченным бензином и вытереть насухо.
5 Проверка состояния контактных соединений
Осмотреть контакты в месте присоединения проводов или шин. При обнаружении следов перегрева контакты разобрать, зачистить контактные поверхности до металлического блеска, смазать техническим вазелином, собрать и затянуть.
6 Измерение сопротивления изоляции
При отключенном положении выключателя мегомметром измерить сопротивление изоляции между подвижным и неподвижным контактами каждой фазы. При включенном положении выключателя измерить сопротивление изоляции между фазами автоматического выключателя. Сопротивление изоляции должно быть не менее 10 мОм.
7 Проверка работы автоматического выключателя
Собрать автоматический выключатель. Включить и выключить выключатель 3—5 раз при снятом напряжении и убедиться в четкости его работы.
Алгоритм технического обслуживания автоматических выключателей приведён на рисунке 4.
Рисунок 4 – Алгоритм технического обслуживания автоматических выключателей