Автоматические воздушные выключатели

Автоматические воздушные выключатели

 

Автоматы служат для автоматического отключения электрических цепей при перегрузках, к.з., чрезмерном понижении напряжения питания, изменения направления мощности, а также для редких включений и отключений вручную номинальных токов нагрузки. Является основным защитным аппаратом.

К ним предъявляется  требования:

1. Токоведущая цепь автомата должна пропускать номинальный ток сколь угодно длительное время. Она может подвергать воздействию больших токов к.з. как при замкнутых контактах, так и при включении на существующее к.з.

2. Автомат должен обеспечивать многократное отключение предельных токов к.з., которые могут достигать сотен килоампер. После отключения этих токов автомат должен быть пригоден для длительного пропускания номинального тока.

3. Автоматы должны иметь малое время отключения.

4. Элементы защиты автомата должны обеспечивать необходимые токи и времена срабатывания и селективность.

В зависимости от вида воздействующей величины автоматы делятся на максимальные автоматы по току, минимальные автоматы по току, min автоматы по напряжению, автоматы обратного тока, max автоматы, работающие по производной тока, поляризованные max автоматы (отключаются при нарастании тока в одном – прямом направлении) и неполяризованные, реагирующие на возрастание тока в любом направлении.

Для построения селективно действующей защиты автоматы должны иметь регулировку тока и времени  срабатывания. В некоторых случаях  требуется комбинированная защита max по току и min по напряжению. Такие автоматы называются универсальными.

Автоматы общепромышленного  и бытового применения обычно имеют лишь max токовою защиту, отрегулированную на заводе.

В эксплуатации характеристики автомата не могут быть изменены. Для уменьшения возможности соприкосновения персонала с деталями, находящимися под напряжением, эти автоматы закрыты пластмассовым кожухом и практически не выбрасывают дугу. Такие автоматы называются установочными.

Они изготовляются на номинальные токи 50-600 А. Автомат на 200 А имеет катушку минимального напряжения 380 В, позволяет регулировать термическую защиту 150-200 А и 800-2000 А - max защиту.

В любом автомате есть основные узлы: токоведущая цепь; дугогасительная система; привод автомата; механизм автомата; механизм свободного расцепления и элементы защиты – расцепителя.

В автомате на ток более 200 А токоведущая цепь имеет главные и дугогасительные контакты.

Включение автомата может производиться вручную рукояткой или электромагнитом.

Отключение может производиться рукояткой или с помощью тепловых и электромагнитных расцепителей.

Основными параметрами  автомата является:

- собственное и полное время отключения;

- номинальный длительный ток;

- номинальное напряжение;

- предельный ток отключения.

Под собственным временем отключения автомата понимают время от момента, когда ток достигает значения тока срабатывания I_ср, до начала расхождения его контактов.

После расхождения контактов возникающая электрическая дуга должна быть погашена за наименьшее время с перенапряжением, не представляющим опасности для остального оборудования.

Собственное время отключения автомата зависит от способа расцепления, конструкции контактов, массы подвижных частей и других факторов.

Iср. - ток срабатывания Iк.з.уст – установившийся ток к.з.

Если t1 ≥ 0,01 сек, то автомат называется обыкновенным небыстро-действующим. В этом случае к моменту размыкания контактов цепи ток достигает установившегося значе-ния Iк.з.уст. Такой автомат не обеспе-чивает токоограничения и его кон-тактами отключается установившийся ток к.з. В быстродействующих  автома-тах время t1 сокращается до 0,002-0,008 с и к моменту расхождения контактов ток не достигает установившегося значения. Такой автомат, как правило, отключает ток значительно меньший установившегося тока к.з. Благодаря этому облегчается работа самого автомата, уменьшается термические и динамические нагрузки аппаратуры и оборудования. С увели-чением скорости возрастания тока, эффект токоограничения уменьшается так как к моменту расхождения контактов ток достигает больших значений.

Для получения токоограничения  в этих случаях в автоматах применяются устройства, реагирующие не на ток, а на скорость его нарастания.

Время t₀ зависит от уставки по току срабатывания и скорости нарастания тока, которая определяется параметрами цепи к.з;

t₁ - момент размыкания контактов.

Это время тратится на работу механизма  расцепления, выбор провала контактов  и является собственным временем отключения автомата.

После расхождения контактов дуга гаснет за время t₂.

Время равное t_откл = t₀ + t₁ + t₂, является полным временем отключения автомата.

 

Токоведущая цепь автомата

 

Наиболее важной частью является контакты. При номинальных токах до 200 А применяется одна пара контактов, которая для увеличения дугостойкости могут быть облицованы металлокерамикой. При токах более 200 А применяется двухступенчатые контакты типа перекатывающегося контакта. Основные контакты облицовываются серебром либо металлокерамикой (серебро, никель, графит).

В автоматах на большие номинальные  токи применяется несколько параллельных пар главных контактов.

В быстродействующих автоматах с целью уменьшения собственного времени применяются исключительно торцевые контакты, имеющие малый провал. Медные контакты по поверхности касания подвергаются серебрению.

В настоящее время проводятся работы по созданию искусственного жидкостного  охлаждения контактов. Такое решение позволяет сохранить малую массу и быстродействие автомата увеличить длительный ток с 2,5 до 10 кА.

 

Дугогасительная система

 

В автоматах применяется полузакрытое и открытое исполнение дугогасительных устройств.

Полузакрытое исполнение применяется в установочных и универсальных автоматах, автоматах с ручным управлением. Предельный отключаемый ток не превышает 50 кА. Зона выброса ограничена. Исключено избыточное давление.

В быстродействующих автоматах и автоматах наибольшие предельные токи (100 кА и выше) или большие напряжения (выше 1000 В) применяется дугогасительные устройства открытого исполнения с большой зоной выброса.

В установочных и универсальных автоматах массового применения широко используется деионизационная дугогасительная решетка из стальных пластин. Поскольку автоматы предназначены как для переменного, так и постоянного тока, число пластин выбирается из условия отключения цепи постоянного тока.

На каждую пару пластин  должно приходиться напряжение не более 25 В. В цепях переменного тока с напряжением 660 В такие дугогасительные устройства обеспечивают гашение дуги с током до 50 кА. На постоянном токе эти устройства работают при U до 440 В и отключаемых токах до 55 кА.

При больших токах  применяются лабиринто-щелевые камеры и камеры с прямой продольной щелью. Втягивание дуги в щель осуществляется магнитным дутьем с катушкой тока.

 

Приводы и механизмы универсальных и установочных автоматов

 

Приводы – должны обеспечить усилие на контактах необходимое для включения автомата в самом тяжелом режиме- на существующее к.з.

Они могут быть ручные и электромеханические.

Ручные  приводы применяются при номинальных токах до 200 А. При токах до 1 кА применяется электромагнитные приводы. Недостатками электромагнитного привода являются большие скорости движения и удары в механизме, которые могут приводить к вибрации контактов.

Обычно электромагнитные привод автомата питается от той же сети, что и нагрузка. Напряжение на приводе в момент включения на существующее к.з падает до нуля, и автомат может не включиться. В приводе независимого действия энергия, необходимая для включения, накапливается в заведенной пружине. После подачи команды на включение освобождается удерживающая защелка пружины и автомат включается при любых напряжениях сети.

При ручном включении  привод независимого действия можно  получить, если использовать принцип  прыгающего контакта.

В автоматах на токи 1500 А и выше желательно применение электропривода. Электродвигатель соединен с автоматом через понижающую зубчатую передачу. Даже при потере напряжения кинетической энергии, накопленной в быстровращающемся роторе двигателя, бывает достаточной, чтобы закончить процесс включения.

Достоинствами этого привода являются плавный ход механизма и отсутствие ударов.

Механизм  передачи усилия от привода к контактам выполняет следующие функции:

- передает движение от привода к контактам и удерживает их во включенном положении;

- освобождает контакты при отключении автомата;

- сообщает контактам скорость, необходимую для гашения дуги;

- фиксирует контакты в отключенном положении и подготавливает автомат для нового включения.

Механизмы управления обеспечивают мгновенное замыкание и размыкание контактов с постоянной скоростью, независящей от скорости движения рукоятки. Обычно при включенном состоянии автомата рукоятка занимает верхнее положение, при отключении вручную – нижнее, при автоматическом отключении – промежуточное.

 

Расцепители автоматов

 

Отключение автоматов происходит под действием на механизм свободного расцепления элементов защиты – расцепителей. Наиболее распространены максимальные расцепители, в которых широко используются электромагнитные системы и тепловые системы с биметаллической пластиной. Расцепители max тока расположены в нижней части автомата и состоят из двух элементов: токового, срабатывающего с обратной зависимостью от силы тока, выдержкой времени и электромагнитного, действующего мгновенно.

До момента воздействия на механизм свободного расцепления якорь расцепителя обычно преодолевает значительный свободный ход (5-10 мм). Расцепление происходит за счет удара, в котором основную роль играет кинетическая энергия якоря, накопленная при его движении.

Обмотке электромагнита расцепителя включена последовательно с нагрузкой. Регулирование тока срабатывания может производиться за счет натяжения противодействующей пружины расцепителя или изменением числа витков обмотки.

Электромагнитный расцепитель работает при к.з., тепловой – при перегрузках. Последние применяются при токах до 200 А, так как с ростом отключаемого тока растет усилие, необходимое для расцепления автомата.

Для дистанционного отключения автомата устанавливается независимый электромагнитный расцепитель, электромагнит которого может быть как постоянного, так и переменного тока. Обмотка электромагнита рассчитывается на кратковременный режим работы.

Номинальное напряжение расцепителя берется не выше 220 В. Если источник питания имеет более высокое напряжение, то ставится добавочный резистор.

Минимальный расцепитель выполняется током электромагнитного типа. Для разрыва цепи катушки в отключенном положении она питается через замыкающий вспомогательный контакт. Он при включении замыкается раньше главных контактов. Благодаря этому механизм подготавливается к работе в процессе самого включения.

Напряжение  отпускания электромагнита регулируется в пределах 35-75 % номинального. При напряжении, меньшем напряжении уставки, пружина открывает якорь и воздействует на механизм свободного расцепления.

Минимальный расцепитель может использоваться для дистанционного отключения, если последовательно с ним включить кнопку с размыкающим контактом.

 

 

Автомат 3700 –   Iн = 160-630 А при U~ до 660 В, при U= до 440 В Iк.з.max по амплитуде = 200 кА

универсальный, могут быть токоограничиваю-щими и селективными. Гашение дуги с помощью дугогаси-тельных решеток. Полное время срабатывания токоогра-ничивающего автомата 10-15 мс.

В селективных автоматах  используется электродинамический  компенсатор. Бывает с дистанционным расцепителем.

Автомат серии  «Электрон» Iн = 250-4000 А

– имеются главные и дугогасительные контакты – дистанционный расцепитель.

Быстродействующие автоматы – универсальные серии ВАБ-28 на номинальные токи от 1,5 до 6 кА, напряжением от 825 до 3300 В. Имеет электромагнит постоянного тока.