Автоматические выключатели

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение принципа действия разных типов автоматических выключателей и исследование на лабораторном стенде времятоковой характеристики выключателя типа АЕ 20ХХ.

Общие положения

 

Автоматическим выключателем (автоматом) называется электрический аппарат, предназначенный для автоматического размыкания цепей постоянного и переменного тока при нарушении нормального режима работы в них (перегрузки сверх допустимого предела, короткие замыкания, снижение или исчезновение напряжения), а также для нечастых замыканий, и размыканий тех же цепей при нормальных условиях работы.

В автоматических выключателях возникающая при размыкании электрической цепи дуга гасится в среде окружающего воздуха, и поэтому эти выключатели часто называют воздушными.

Автоматические выключатели выпускаются для цепей переменного и постоянного тока в одно-, двух-, трех- и четырехполюсном исполнении на номинальные токи от 6,3 до 6300 А.

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, называемые расцепителями, которые обеспечивают их отключение, которое может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения t_с.о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают:

– нормальные выключатели (t_с.о = 0,02…1 с);

– выключатели с выдержкой времени (селективные);

– быстродействующие выключатели (t_с.о < 0,005 с).

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

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.

Автоматические выключатели изготовляют с ручным и двигательным приводом, в стационарном или выдвижном исполнении.

Основные элементы автоматического выключателя и их взаимодействие рассмотрим по принципиальной схеме (рис. 5.1).

Контактная система выключателей на большие токи –двухступенчатая, 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 630 А контактная система одноступенчатая, т.е. контакты выполняют роль главных и дугогасительных.

На рис. 5.1 выключатель показан в отключенном положении. 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 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.

Автоматические выключатели могут быть оборудованы одним или несколькими расцепителями.

 

 

Рис. 5.1. Принципиальная схема автоматического выключателя

 

Максимальный расцепитель 17, который срабатывает при протекании по его обмотке YAT1 тока КЗ. Создается усилие, преодолевающее натяжение Р пружины 16, рычаги 3 переходят вверх на мертвую точку, в результате чего автоматический выключатель отключается под действием отключающей пружины 4.

Независимый расцепитель YAT2 срабатывает если на обмотку YAT2 подать напряжение кнопкой SB, что позволяет производить дистанционное отключение выключателя. Минимальный расцепитель 18 отключает автоматический выключатель при снижении или исчезновении напряжения и при этом осуществляется минимальная или нулевая защиты.

При отключении 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 достаточном расстоянии. Между дугогасительными контактами образуется дуга, которая выдувается вверх в дугогасительную камеру 8, где и гасится.

Дугогасительные камеры выполняются со стальными пластинами (эффект деления длинной дуги на короткие) и 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 может сварить их. Чтобы избежать самопроизвольного отключения, применяют электродинамические компенсаторы в виде шинок 9, изогнутых петлей. Токи в шинах 9 имеют разное направление, что создает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах.

Рычаги 3 выполняют 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. В реальных автоматических выключателях механизм свободного расцепления имеет болеe сложное устройство.

Номинальным током автоматического выключателя I _ном,а называют наибольший ток, при протекании которого выключатель может длительно работать без повреждений.

Номинальным напряжением автоматического выключателя U _ном,а называют напряжение, равное напряжению электрической сети, для работы в которой этот выключатель предназначен.

Номинальным током расцепителя I _{ном,рас} называют ток, длительное протекание которого не вызывает срабатывание расцепителя. Током уставки расцепителя называют наименьший ток, при протекании которого расцепитель срабатывает.

3ащитная характеристика автоматического выключателя приведена на рис. 5.2. Максимальные расцепители электромагнитного типа имеют обратнозависимую от тока выдержку времени при перегрузках (участок ab) и независимую выдержку времени при токах КЗ (участок cd).

Уставка по току регулируется в зоне перегрузки и в зоне КЗ (отсечка). Время срабатывания регулируется при I _ном, при 3-10 I _ном и при токе КЗ.

 

 

Рис. 5.2. Защитная характеристика автоматического выключателя