Во всех электрических сетях используется большое количество приборов, основной функцией которых является защита линий и оборудования от токовых перегрузок и коротких замыканий. Среди них широкое распространение получил автомат защиты сети, выполняющий не только защиту, но и коммутацию цепей. Таким образом, автоматические выключатели обеспечивают включение и выключение конкретных участков, защищают их от токовых перегрузок путем отключения защищаемых цепей при возникновении аварийных ситуаций.
Типы электрических автоматов
Автоматические выключатели широко используются в системах электроснабжения, обеспечивая надежную защиту электрическим цепям и сетям, бытовым приборам и электрооборудованию. Их основной задачей является обесточивание цепи в нужный момент путем отключения подачи электрического тока. Срабатывание автомата защиты происходит при коротких замыканиях, а также при нагреве проводов из-за перегрузок в сети.
Автоматы защиты сети могут работать в цепях постоянного и переменного тока, а универсальные конструкции способны работать при наличии в сети любого электрического тока. В соответствии с конструкцией, они разделяются на три типа, которые служат основой для других разновидностей автоматических выключателей:
- Воздушные автоматы. Используются в промышленном производстве, где токи в цепях могут достигать нескольких тысяч ампер.
- Автоматы в литом корпусе. Отличаются широким рабочим диапазоном, составляющим от 16 до 1000 А.
- Модульные автоматы. Именно они широко используются в квартирах и частных домах. Их название связано со стандартной шириной, составляющей кратность в 17,5 мм, в зависимости от количества полюсов. То есть, в одном блоке может использоваться сразу несколько выключателей.
Все автоматы защиты разделяются в соответствии с показателями номинального тока и напряжения, поскольку большинство защитных устройств устанавливаются в сетях 220 или 380В.
Автоматические выключатели могут быть токоограничивающими и не токоограничивающими. В первом случае автомат представляет собой выключатель, в котором время отключения установлено на чрезвычайно малую величину, в течение которой токи короткого замыкания не успевают достичь максимума.
Автоматы классифицируются по числу полюсов и могут быть одно-, двух-, трех- и четырехполюсными. Они оборудуются максимальными, независимыми, минимальными или нулевыми расцепителями напряжения. Большое значение имеет скорость срабатывания, когда устройства могут быть нормальными, быстродействующими и селективными. В некоторых приборах допускается сочетание технических характеристик. Некоторые модели оборудуются свободными контактами, а проводники подключаются к ним разными способами.
Существует разделение на различные типы по конструкции расцепителя или размыкателя, установленного в автомате. Данные элементы играют важную роль и разделяются как магнитные и тепловые. В первом случае размыкатель относится к быстродействующим и обеспечивает защиту при коротких замыканиях. Время срабатывания составляет от 0,005 до 3-4 секунд. Работа теплового расцепителя происходит гораздо медленнее, поэтому он используется в основном для защиты от перегрузок. Основой элемента является биметаллическая пластина, нагревающаяся при возрастающих нагрузках. Период срабатывания находится в пределах от 3-4 секунд до нескольких минут.
Кроме того, автоматы разделяются по типам отключения или по . Каждый тип А, В, С, D, К, Z. Например, тип А используется при размыкании цепей, имеющих значительную длину проводки, хорошо защищает полупроводниковые устройства. Предел срабатывания составляет 2-3 номинальных тока. Тип В применяется в системах освещения общего назначения и обладает порогом срабатывания 3-5 номинальных тока. Более подробные сведения о каждом типе автомата можно взять из таблицы.
Типы расцепителей автоматических выключателей
Все расцепители, используемые в автоматических выключателях, можно условно разделить на две группы. В первую группу входят устройства, защищающие электрические цепи и способные распознавать наступление критической ситуации, когда появляются сверхтоки. В результате срабатывания дальнейшее развитие аварии пресекается за счет расхождения главных рабочих контактов.
Вторая группа расцепителей представлена дополнительными устройствами, не входящими в базовую комплектацию автоматов. Под заказ могут устанавливаться:
- Независимые расцепители, способные дистанционно отключать автоматы при поступлении сигнала из вспомогательной цепи.
- Расцепитель минимального напряжения. Выполняет отключение автомата в случае падения напряжения ниже допустимых пределов.
- Расцепитель нулевого напряжения. Его контакты размыкаются при наступлении значительного падения напряжения.
Тепловой расцепитель
Образец теплового расцепителя, представленный на рисунке, выполнен в виде биметаллической пластины. В процессе нагревания она изгибается, меняет форму и оказывает воздействие на расцепляющий механизм. Для изготовления пластины две металлические ленты соединяются между собой механическим путем. Материал каждой ленты имеет разный коэффициент температурного расширения. Соединение выполняется методом пайки, сварки или заклепывания. Изгиб пластины образуется за счет разного изменения длины во время нагревания. Тепловые расцепители обеспечивают защиту от перегрузочных токов и могут быть настроены на заданный режим срабатывания.
Главным преимуществом теплового расцепителя является высокая устойчивость к вибрациям, отсутствие трущихся деталей и возможность работы в загрязненном виде. Они отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. В качестве недостатков следует отметить постоянное потребление электроэнергии, чувствительность к перепадам температур, возможность ложных срабатываний при нагревании посторонними источниками.
Такое же широкое применение получили электромагнитные расцепители, обладающие мгновенным действием. Конструктивно они выполнены в виде соленоида с сердечником, воздействующим на расцепляющий механизм. Когда по обмотке соленоида протекает сверхток, это приводит к созданию магнитного поля, перемещающего сердечник, и одновременно преодолевающего сопротивление возвратной пружины.
Настройка электромагнитного расцепителя производится на срабатывание при коротком замыкании, значение которого составляет 2-20 ln. В свою очередь значение ln = 200 А. Погрешность настроек может составлять 20% в ту или иную сторону от заданной величины. Поэтому уставки срабатывания для силовых автоматов указываются в амперах или в кратном значении номинального тока. Модульные автоматические выключатели имеют защитные характеристики, обозначаемые В (3-5), С (5-10) и D (10-50), где цифровые значения соответствуют предельному номинальному току ln, при котором наступает расхождение контактов.
Электромагнитный расцепитель
Основными плюсами электромагнитных расцепителей являются устойчивость к вибрациям, ударам и прочим механическим воздействиям, а также простота конструкции, облегчающая ремонт и обслуживание устройства. К недостаткам можно отнести мгновенное срабатывание, без задержек по времени, а также создание магнитного поля во время работы.
Выдержка времени имеет большое значение, поскольку за счет нее обеспечивается селективность. При наличии селективности или избирательности, вводным автоматом распознается наличие короткого замыкания, но оно пропускается на определенное установленное время. В течение этого временного промежутка должно успеть сработать нижестоящее защитное устройство, отключающее не весь объект, а лишь поврежденный участок.
Довольно часто тепловой и электромагнитный расцепители применяются совместно, путем последовательного соединения обоих элементов. Такая связка получила название комбинированного или термомагнитного расцепителя.
Полупроводниковый расцепитель
К более сложным устройствам относятся полупроводниковые расцепители. В состав каждого из них входит блок управления, измерительные трансформаторы при переменном токе или магнитные усилители при постоянном токе, а также исполнительный электромагнит, выполняющий функцию независимого расцепителя. С помощью блока управления настраивается программа, определенная пользователем, под руководством которой будут расцепляться главные контакты.
В процессе настроек выполняются следующие действия:
- Регулируется номинальный ток автомата
- Настраивается выдержка времени в зонах перегрузок и коротких замыканий.
- Определяется уставка срабатывания при коротком замыкании.
- Настройка защитных переключателей на срабатывание от однофазного включения.
- Настройка переключателя, отключающего задержку по времени, когда при коротком замыкании режим селективности изменяется на режим мгновенного действия.
Электронный расцепитель
Конструкция электронного расцепителя напоминает устройство аналогичного полупроводникового прибора. Он также состоит из электромагнита, измерительных устройств и блока управления. Значение рабочего тока и время выдержки устанавливается ступенчато, обеспечивая гарантированное срабатывание при коротком замыкании и пусковых токах.
Достоинствами этих приборов являются разнообразие настроек и возможность выбора, работа установленной программы с высокой точностью, наличие индикаторов работоспособности и причин срабатывания, логическая селективная связь с выключателями, расположенными выше и ниже автомата.
К недостаткам можно отнести высокую цену, хрупкость блока управления и чувствительность к влиянию электромагнитных полей.
Автоматические выключатели, их ещё называют "пакетники", или просто автоматы это основное средство защиты от КЗ и перегрузок. Обычные бытовые автоматические выключатели с защитой от КЗ и тепловой защитой по превышению тока я использую с самого начала создания своей ветро-солнечной электростанции. Это наверно единственный доступный способ обеспечить защиту от короткого замыкания аккумуляторов, сберечь проводку в случае ЧП и потребителей.
И до сих пор много людей кто смотрит мои видео если видят обычные автоматы в моей электростанции то сразу пишут что нельзя использовать такие автоматы, нужно специальные для постоянного тока или предохранители. Слишком большая дуга на постоянном токе при расцеплении контактов сожжёт автомат. Пишут что большие потери на таких автоматах. В общем я решил подробно описать всё как есть с подкреплением опытом и цифрами.
В данной статье я буду говорить именно про автоматы с обозначением "C", это самые распространённые автоматы, именно они находятся в большинстве электрощитов и продаются в магазинах. Ниже на фотоавтоматы в моей солнечной электростанции, это развязка на 12V.
Краткие характеристики автоматических выключателей класса "C":
Характеристика С-автоматов. Автоматы "С" отличаются большей перегрузочной способностью по сравнению с автоматами с обозначением "В" и "А". Ток моментального срабатывания электромагнитного расцепителя автомата происходит при токах в 5-10 раз больше тока указанного на автомате. Например автомат на 50А сработает мгновенно при токах 250-500А. А автомат на 10А сработает мгновенно при токах 50-100А. При этом же токе тепловой расцепитель срабатывает через 1,5 секунд, а гарантированное срабатывание электромагнитного расцепителя наступает при десятикратной перегрузке для переменного тока и при 15-ти кратной перегрузке для цепей тока постоянного.Электромагнитный расцепитель призван спасать от короткого замыкания и срабатывает по току, а на каком напряжении по сути не важно. На практике я проверял автоматы на 10А, и при токе 12А автомат срабатывал в первый раз течении 30-40 минут, далее уже нагретый гораздо быстрее.
Тепловой расцепитель (биметаллическая пластина) работает по температуре, и чем выше ток тем выше нагрев пластины, и быстрее время срабатывания. При токе протекающим через автомат равным его номиналу автомат должен сработать в течении часа в зависимости от температуры. Это защита если например включено слишком много приборов в линии, чтобы не перегревались провода и не оплавилась изоляция. При двойном превышении тока автомат должен сработать в течении минуты, чем он больше нагревается тем быстрее сработает тепловой расцепитель.
Вот такие характеристики автоматов класса "C", особенность это большая перегрузочная способность чтобы автоматы не выбивало при запуске нагрузок с большими пусковыми токами. Но если чтото не так то они вполне справляются с задачей защитить электропроводку.
Использование автоматов переменного тока на постоянном токе
Конструктивно автоматы переменного тока ничем не отличаются от автоматов постоянного тока, и я считаю что это просто маркетинговых ход чтобы продавать автоматы дороже, ведь за обозначение DC ценник сразу умножается в 10 раз. Даже в промышленности в цепях постоянного тока используют и обычные автоматы.Главный аргумент противников таких автоматов это типа большая и мощная дуга на постоянном токе, которая спалит автомат и он может типа загореться и пр. Они говорят что на переменном токе дуга сама гаснет при переходе через ноль. Но если посмотреть видео где зажигают дугу на постоянном токе 220В и переменном 220В, то разницы никакой. Да и как тогда раньше варили сварщики от сварочных аппаратов переменного тока если дуга типа гаснет при переходе через ноль. Они бы не смогли её зажечь так как она бы постоянно гасла, но дуга стабильная и электроды прекрасно горят также как и на постоянном токе. Ниже видео по этому поводу.
Я сам пробовал много раз замыкать автоматы на 12В АКБ, и автоматы прекрасно срабатывают, и никакая другая ничего не палит, пробовал и на 24 вольта АКБ замыкать автоматический выключатель.
По поводу потерь на автоматах они конечно есть, но не такие большие как про них рассказывают. Например при токе 26А потери на двойном автомате на 50А около 0.02, это общее 0.04В*26=1.04 ватт. Гораздо больше потери в проводах при недостаточном сечении или при длине более пять метров.
Я думаю что автоматы надо ставить обязательно, и не в коем случае не подключать инверторы и контроллеры напрямую к аккумуляторам, да и другие устройства. Бывает так что в таких устройствах выгорают входные транзисторы, и хорошо если они просто сгорят с небольшим дымком, но бывает так что при сгорании расплавляются и замыкают контакты кристалла транзистора, и получается Короткое Замыкание, и тогда может не выдержать уже провод, и начаться горение проводов, и внутренностей инвертора или контроллера.
У меня пока небыло таких случаев, и не было больших коротких замыканий. Но был случай когда замкнул маленький DC/DC преобразователь с 12 до 5 вольт. Он был подключён тонким проводом сечением 1.5кв через автомат на 10А, и при замыкании автомат не сразу сработал так как ток КЗ был небольшой. Провод успел немного оплавится, но автомат сработал быстро и спас от возгорания провода и больших проблем.
Также гдето читал что у человека начал гореть инвертор, который был прикручен толстым кабелем к аккумулятору на клеммы и оторвать руками кабель было нельзя. Пришлось срочно искать топор и рубить кабель, и пока искали топор инвертор продолжал гореть. А если бы в этот момент никого рядом не оказалось, или не успели бы и начался пожар...
С самого начала возникновения электричества инженеры стали думать над безопасностью электрических сетей и устройств от токовых перегрузок. Вследствие этого было сконструировано много разных устройств, которые отличаются надежной и качественной защитой. Одними из последних разработок стали электрические автоматы.
Этот прибор называется автоматическим по причине того, что он оснащен функцией отключения питания в автоматическом режиме, при возникновении коротких замыканий, перегрузок. Обычные предохранители после срабатывания подлежат замене на новые, а автоматы после устранения причин аварии можно снова включить.
Такое защитное устройство необходимо в любой схеме электрической сети. Защитный автомат защитит здание или помещение от разных аварийных ситуаций:
- Пожаров.
- Ударов человека током.
- Неисправностей электропроводки.
Виды и конструктивные особенности
Необходимо знать информацию о существующих видах автоматических выключателей, чтобы во время приобретения правильно выбрать подходящее устройство. Имеется классификация электрических автоматов по нескольким параметрам.
Отключающая способность
Это свойство определяет ток короткого замыкания, при котором автомат разомкнет цепь, тем самым отключит сеть и приборы, которые были подключены к сети. По этому свойству автоматы подразделяются:
- Автоматы на 4500 ампер, применяются для предотвращения неисправностей силовых линий жилых домов старой постройки.
- На 6000 ампер, используются для предотвращения аварий при замыканиях в сети домов в новостройках.
- На 10000 ампер, применяются в промышленности для защиты электрических установок. Ток такой величины может образоваться в непосредственной близости от подстанции.
Срабатывание автоматического выключателя возникает при замыканиях, сопровождающихся возникновением определенной величины тока.
Автомат защищает электропроводку от повреждения изоляции большим током.
Число полюсов
Это свойство говорит нам о наибольшем количестве проводов, которые возможно подключить к автомату для обеспечения защиты. При аварии, напряжение на этих полюсах отключаются.
Особенности автоматов с одним полюсом
Такие электрические автоматы наиболее простые по своей конструкции, и служат для защиты отдельных участков сети. К такому автоматическому выключателю можно подсоединить два провода: вход и выход.
Задачей таких устройств является защита электрической проводки от перегрузок и КЗ проводов. Нейтральный провод подключается к нулевой шине, в обход автомата. Заземление подключается отдельно.
Электрические автоматы с одним полюсом не являются вводными, так как при его отключении разрывается фаза, а нулевой провод по-прежнему остается соединенным с питанием. Это не обеспечивает защиту на 100%.
Свойства автоматов с двумя полюсами
В случаях, когда при аварии требуется полное отсоединение от электрической сети, используют автоматические выключатели с двумя полюсами. Они используются как вводные. В аварийных случаях, либо при коротком замыкании вся электрическая проводка отключается в одно время. Это дает возможность осуществлять работы по ремонту и обслуживанию, а также проведения работ по подключению оборудования, так как гарантирована полная безопасность.
Двухполюсные электрические автоматы используют, когда необходимо наличие отдельного выключателя для устройства, работающего от сети 220 вольт.
Автомат с двумя полюсами подключают к устройству с помощью четырех проводов. Из них два приходят от сети питания, а другие два выходят из него.
Трехполюсные электрические автоматы
В электрической сети, имеющей три фазы, применяются 3-полюсные автоматы. Заземление оставляют незащищенным, а проводники фаз соединяют с полюсами.
Трехполюсный автомат служит вводным устройством для любых трехфазных потребителей нагрузки. Чаще всего такой вариант исполнения автомата применяют в промышленных условиях для питания электричеством электродвигателей.
К автомату можно подключить 6 проводников, три из которых – фазы электрической сети, а остальные три выходящие от автомата, и обеспеченные защитой.
Использование четырехполюсного автомата
Чтобы обеспечить защитой трехфазную сеть с четырехпроводной системой проводников (например, электродвигатель, включенных по схеме «звезды»), применяют 4-полюсный автоматический выключатель. Он играет роль вводного устройства четырехпроводной сети.
Имеется возможность подключения к устройству восьми проводников. С одной стороны – три фазы и ноль, с другой стороны – выход трех фаз с нолем.
Время-токовая характеристика
Когда устройства, потребляющие электроэнергию, и электрическая сеть работают в нормальном режиме, то происходит обычное протекание тока. Это явление касается и электрического автомата. Но, в случае повышения силы тока по разным причинам выше номинального значения, происходит срабатывание расцепителя автомата, и цепь разрывается.
Параметр этого срабатывания называется время-токовой характеристикой электрического автомата. Она является зависимостью времени сработки автомата и соотношения между реальной силой тока, проходящей через автомат, и номинальным значением тока.
Важность этой характеристики заключается в том, что обеспечивается наименьшее число ложных срабатываний с одной стороны, и осуществляется защита по току, с другой стороны.
В энергетической промышленности бывают ситуации, когда кратковременное повышение тока не связано с аварией, и защита не должна срабатывать. Также происходит и с электрическими автоматами.
Время-токовые характеристики определяют, через какое время сработает защита, и какие параметры силы тока при этом возникнут. Чем больше перегрузка тем быстрее сработает автомат.
Электрические автоматы с маркировкой «В»
Автоматические выключатели категории «В», способны отключаться за 5 — 20 с. При этом значение тока составляет от 3 до 5 номинальных значений тока ≅0.02 с. Такие автоматы используются для защиты бытовых устройств, а также всей электропроводки квартир и домов.
Свойства автоматов с маркировкой «С»
Электрические автоматы этой категории могут выключиться за время 1 — 10 с, при 5 — 10 кратной токовой нагрузке ≅0.02 с. Такие применяют во многих областях, наиболее популярны для домов, квартир и других помещений.
Значение маркировки « D» на автомате
С таким классом автоматы используются в промышленности и выполнены в виде 3-полюсных и 4-полюсных исполнений. Их применяют для того, чтобы защитить мощные электрические моторы и разные трехфазные устройства. Время их сработки составляет до 10 секунд, при этом ток срабатывания может превышать номинальное значение в 14 раз. Это дает возможность с необходимым эффектом использовать его для защиты различных схем.
Электродвигатели со значительной мощностью чаще всего подключают через электрические автоматы с характеристикой «D», т.к. пусковой ток высокий.
Номинальный ток
Имеется 12 вариантов исполнения автоматов, которые различаются по характеристике номинального тока работы, от 1 до 63 ампер. Этот параметр определяет скорость выключения автомата при достижении предельного значения тока.
Автомат по этому свойству выбирают с учетом поперечного сечения жил проводов, допускаемому току.
Принцип действия электрических автоматов
Обычный режим
При обычной работе автомата управляющий рычаг взведен, ток поступает через провод питания на верхней клемме. Далее ток идет на неподвижный контакт, через него на подвижный контакт и по гибкому проводу на катушку соленоида. После него по проводу ток идет на биметаллическую пластину расцепителя. От него ток проходит на нижнюю клемму и дальше на нагрузку.
Режим перегрузки
Этот режим возникает при превышении номинального тока автомата. Биметаллическая пластина нагревается большим током, изгибается и размыкает цепь. Для действия пластины требуется время, которое зависит от значения проходящего тока.
Автоматический выключатель является аналоговым устройством. При его настройке есть определенные сложности. Ток срабатывания расцепителя настраивается на заводе специальным регулировочным винтом. После остывания пластины автомат снова может функционировать. Температура биметаллической пластины зависит от окружающей среды.
Расцепитель действует не сразу, давая возможность току к возврату номинального значения. Если ток не снижается, то расцепитель срабатывает. Перегрузка может возникнуть из-за мощных устройств на линии, либо подключении сразу нескольких устройств.
Режим короткого замыкания
При этом режиме ток возрастает очень быстро. Магнитное поле в катушке соленоида движет сердечник, приводящий в действие расцепитель, и отключает контакты сети питания, тем самым снимает аварийную нагрузку цепи и защищает сеть от возможного пожара и разрушения.
Электромагнитный расцепитель действует мгновенно, чем отличается от теплового расцепителя. При размыкании контактов рабочей цепи появляется электрическая дуга, величина которой зависит от тока в цепи. Она вызывает разрушение контактов. Чтобы предотвратить это отрицательное действие, сделана дугогасительная камера, которая состоит из параллельных пластин. В ней дуга затухает и исчезает. Возникающие газы отводятся в специальное отверстие.
Автоматические выключатели постоянного тока служат для отключения цепи под нагрузкой. На тяговых подстанциях выключатели применяются для отключения питающих линий 600 в при перегрузках и токах короткого замыкания и для отключения обратного тока у выпрямительных агрегатов при обратных зажиганиях или пробое вентилей (т. е. внутренних коротких замыканий при параллельной работе агрегатов).
Гашение электрической дуги автоматическими выключателями происходит в воздухе на дугогасительных рогах. Удлинение дуги может быть произведено при помощи магнитного дутья или в камерах с узкими щелями.
Во всех случаях отключения цепи и образования электрической дуги происходит естественное движение дуги вверх вместе с движением нагретого ею воздуха, т. е. тепловое дутье.
На применяются главным образом быстродействующие автоматические выключатели.
Рис. 1. Осциллограммы тока и напряжения при отключении тока короткого замыкания: а - небыстродействующим выключателем, б - быстродействующим выключателем
Полное время Т отключения тока короткого замыкания или перегрузки выключателем слагается из трех основных частей (рис. 1):
T = t о + t 1 + t 2
где t0-время нарастания тока в отключаемой цепи до величины тока уставки, т. е. до величины, при которой срабатывает отключающее устройство выключателя; t1 - собственное время отключения выключателя, т. е. время от момента достижения тока уставки до момента начала расхождения контактов выключателя; t2 - время горения дуги.
Время нарастания тока в цепи t0 зависит от параметров цепи и уставки выключателя.
Собственное время отключения t1 зависит от типа выключателя: у небыстродействующих выключателей собственное время отключения находится в пределах 0,1-0,2 сек, у быстродействующих - 0,0015-0,005 сек.
Время горения дуги t2 зависит от величины отключаемого тока и характеристик дугогасительных устройств выключателя.
Полное время отключения небыстродействующего выключателя находится в пределах 0,15-0,3 сек, быстродействующего - 0,01 - 0,03 сек.
Благодаря малому собственному времени отключения быстродействующий выключатель ограничивает максимальное значение тока короткого замыкания в защищаемой цепи.
На тяговых подстанциях применяются быстродействующие автоматические выключатели постоянного тока: ВАБ-2, АБ-2/4, ВАТ-43, ВАБ-20, ВАБ-20М, ВАБ-28, ВАБ-36 и другие.
Выключатель ВАБ-2 является поляризованным, т. е. реагирующим на ток только одного направления - прямого или обратного, в зависимости от настройки выключателя.
На рис. 2 показан электромагнитный механизм выключателя постоянного тока.
Рис. 2. Электромагнитный механизм выключателя ВАБ-2: а - разрез выключателя, б - границы предельного износа контактов выключателя ВАБ-2, (A - минимальная толщина неподвижного контакта 6 мм, Б - минимальная толщина подвижного контакта 16 мм); 1 - удерживающая катушка, 2- магнитопровод, 3-включающая катушка, 4 - магнитный якорь, 5 - верхний стальной брус, 6 - якорь, 7 - катушка главного юка, 8 - калибровочная катушка, 9 - П-образный магнитопровод, 10 - токоведущий вывод, 11 -регулировочный винт, 12 - шунтирующая пластина, 13 - гибкая связь, 14 – упор, 15 - рычаг якоря, 16 - ось рычага якоря, 17 - неподвижный контакт, 18 - подвижный контакт, 19 - контактный рычаг, 20 - ось контактного рычага, 21 - ось с роликом, 22 - стопорный рычаг, 23 - отключающие пружины, 24 - тяга, 25 - регулирующие винты, 26 - скоба, 27 - сердечник удерживающей катушки
Рычаг якоря 15 (рис. 2, а) вращается вокруг оси 16, пропущенной через верхний стальной брус 5. В нижней части рычага 15, состоящего из двух силуминовых щек, зажат стальной якорь 6, а в верхней части - распорная втулка с осью 20, вокруг которой вращается контактный рычаг 19, выполненный из набора дюралюминиевых пластин.
В верхней части контактного рычага укреплен подвижный контакт 18, а снизу - медный башмак с гибкой связью 13, с помощью которой подвижный контакт соединяется с катушкой главного тока 7 и через нее с выводом 10. К нижней части контактного рычага с обеих сторон прикреплены упоры 14, а с правой стороны имеется стальная ось с роликом 21, к которой крепятся одной стороной две отключающие пружины 23. С другой стороны отключающие пружины с помощью регулирующих винтов 25 закреплены в скобе 26, неподвижно установленной на стальном брусе 5.
В отключенном положении система рычагов (рычаг якоря и контактный рычаг) повернута отключающими пружинами 23 вокруг оси 16 до упора якоря 6 в левый стержень П-образного магнитопровода.
Включающая 3 и удерживающая 1 катушки выключателя получают питание от собственных нужд постоянного тока.
Для включения выключателя необходимо сначала замкнуть цепь удерживающей катушки 1, затем - цепь включающей катушки 3. Направление тока в обеих катушках должно быть таким, чтобы магнитные потоки, создаваемые ими, складывались в правом стержне сердечника магнитопровода 9, который служит сердечником включающей катушки; тогда якорь 6 притянется к сердечнику включающей катушки, т. е. окажется в положении «Включено». При этом ось 20 вместе с контактным рычагом 19 повернутся влево, отключающие пружины 23 растянутся и будут стремиться повернуть контактный рычаг 19 вокруг оси 20.
Когда выключатель отключен, магнитный якорь 4 лежит на торце сердечника включающей катушки и при включении выключателя остается притянутым к торцу сердечника суммарным магнитным потоком включающей и удерживающей катушек. Магнитный якорь 4 с помощью тяги 24 связан со стопорным рычагом 22, который не позволяет контактному рычагу повернуться до упора подвижного контакта в неподвижный. Поэтому между главными контактами остается зазор, который может регулироваться изменением длины тяги 24 и должен быть равен 1,5-4 мм.
Если снять напряжение с включающей катушки, то электромагнитные силы, удерживающие якорь 4 в притянутом положении, уменьшатся и пружины 23 с помощью стопорного рычага 22 и тяги 24 оторвут якорь от торца сердечника включающей катушки и повернут контактный рычаг до замыкания главных контактов. Следовательно, главные контакты замкнутся только после того, как будет разомкнута цепь включающей катушки.
Таким образом осуществляется принцип свободного расцепления у выключателей ВАБ-2. Зазор между магнитным якорем 4 (иначе называемым якорем свободного расцепления) и торцом сердечника включающей катушки во включенном положении выключателя должен быть в пределах 1,5-4 мм.
Схема управления предусматривает подачу на включающую катушку кратковременного импульса тока, длительность которого достаточна только для того, чтобы успеть перевести якорь в положение «Включено». После этого цепь включающей катушки автоматически размыкается.
Наличие свободного расцепления может быть проверено следующим способом. Между главными контактами помещают бумажку и замыкают контакт контактора. Происходит включение выключателя, но пока контакт контактора замкнут, главные контакты не должны замкнуться и бумажка может быть свободно вынута из промежутка между контактами., Как только контакт контактора будет разомкнут, магнитный якорь будет оторван от торца сердечника включающей катушки и замкнутся главные контакты. При этом бумажка будет зажата между контактами и ее нельзя будет вынуть.
При включении выключателя слышен характерный двойной удар: первый - от соударения якоря и сердечника включающей катушки, второй - от соударения замкнувшихся главных контактов.
Поляризация выключателя заключается в выборе направления тока в удерживающей катушке в зависимости от направления тока в катушке главного тока.
Для того чтобы выключатель отключил цепь при изменении направления тока в ней, направление тока в удерживающей катушке выбирается таким образом, чтобы магнитные потоки, создаваемые удерживающей катушкой и катушкой главного тока, совпадали по направлению в сердечнике включающей катушки. Следовательно, при протекании тока в прямом направлении ток главной цепи будет способствовать удержанию выключателя во включенном положении.
В аварийном режиме при изменении направления главного тока на обратное изменится направление магнитного потока, создаваемого катушкой главного тока в сердечнике включающей катушки, т. е. магнитный поток катушки главного тока будет направлен против магнитного потока удерживающей катушки и при определенной величине главного тока сердечник включающей катушки размагнитится и отключающие пружины отключат выключатель. Быстродействие определяется в большей степени тем, что в то время как в сердечнике включающей катушки магнитный поток уменьшается, в сердечнике катушки главного тока магнитный поток увеличивается.
Для того чтобы выключатель отключил цепь при увеличении тока выше тока уставки в прямом направлении, выбирают направление тока в удерживающей катушке таким образом, чтобы магнитный поток удерживающей катушки в сердечнике включающей катушки был направлен против магнитного потока катушки главного тока при протекании через нее тока прямого направления. В этом случае с увеличением главного тока увеличивается размагничивание сердечника включающей катушки и при определенной величине главного тока, равной или превышающей ток уставки, выключатель отключается.
Ток уставки в обоих случаях регулируется изменением величины тока удерживающей катушки и изменением зазора δ1.
Величина тока удерживающей катушки регулируется изменением величины добавочного сопротивления, включаемого последовательно катушке.
Изменение зазора δ1 изменяет сопротивление магнитному потоку катушки главного тока. С уменьшением зазора δ1 уменьшается магнитное сопротивление и, следовательно, уменьшается величина отключающего тока. Изменение зазора δ1 осуществляется при помощи, регулировочного винта 11.
Зазор δ2 между упорами 14 и щеками рычага якоря 15 во включенном положении выключателя характеризует качество замыкания главных контактов и должен быть в пределах 2-5 мм. Завод выпускает выключатели с зазором δ2 равным 4-5 мм. Величина зазора δ2 определяет угол поворота контактного рычага 19 вокруг оси 20.
Отсутствие зазора δ2 (упоры 14 соприкасаются со щеками рычага якоря 15) говорит о плохом контакте или отсутствии контакта между главными контактами. Зазор δ2 меньше 2 или больше 5 мм свидетельствует о том, что главные контакты соприкасаются лишь нижним или верхним краем. Зазор δ2 может быть мал вследствие большого износа контактов, которые в этом случае заменяются.
Если же размеры контактов достаточны, то регулирование зазора δ2 осуществляется путем передвижения всего включающего механизма по раме выключателя. Для передвижения механизма освобождают два болта, которыми механизм прикреплен к раме.
Расстояние между главными контактами в отключенном положении должно быть равно 18-22 мм. Нажатие главных контактов для выключателей на номинальный ток до 2000 а включительно должно быть в пределах 20-26 кГ, а для выключателей на номинальный ток 3000 а - в пределах 26-30 кГ.
На рис. 2, б показана подвижная система выключателя с обозначением границы предельного износа контактов. Подвижный контакт считается изношенным, когда размер Б станет меньше 16 мм, а неподвижный контакт - когда размер А станет меньше 6 мм.
На рис. 3 дана развернутая схема управления выключателем ВАБ-2. Схема предусматривает подачу кратковременного импульса на включающую катушку и не допускает многократные повторные включения при длительно нажатой кнопке включения, т. е. осуществляет защиту от «звонковости». Удерживающая катушка все время обтекается током.
Для включения выключателя нажимают на кнопку «Вкл», замыкая этим цепь катушек контактора К и блокирующего РБ. При этом срабатывает только контактор, который замыкает цепь включающей катушки ВК.
Как только якорь займет положение «Включено», замыкающие блок-контакты БА выключателя замкнутся, а размыкающие - разомкнутся. Один из блок-контактов шунтирует катушку контактора К, который разорвет цепь включающей катушки. В этом случае все напряжение сети будет приложено к катушке блокирующего реле РБ, которое, сработав, своими контактами еще раз шунтирует катушку контактора.
Для повторного включения выключателя надо разомкнуть кнопку включения и вновь ее замкнуть.
Разрядное сопротивление CP, включенное параллельно удерживающей катушке ДК, служит для снижения перенапряжения при размыкании цепи катушки. Регулируемое сопротивление СД обеспечивает возможность изменения тока удерживающей катушки.
Номинальный ток удерживающей катушки при напряжении 110 в равен 0,5 а, а номинальный ток включающей катушки при том же напряжении и параллельном соединении обеих секций - 80 а.
Рис. 3. Электрическая схема управления выключателем ВАБ-2: Откл. - кнопка отключения, ДК - удерживающая катушка, СД - добавочное сопротивление, CP - разрядное сопротивление, БА- блок-контакты выключателя, ЛK, ЛЗ - красная и зеленая сигнальные лампы, Вкл. - кнопка включения, К - контактор и его контакт, РБ - реле блокировки и его контакт, ВК - включающая катушка, АП - автоматический переключатель
Допустимы колебания напряжения оперативных цепей от - 20% до + 10% от номинального напряжения.
Полное время отключения цепи выключателем ВАБ-2 составляет 0,02-0,04 сек.
Гашение дуги при разрыве выключателем цепи под нагрузкой происходит в дугогасительной камере с помощью магнитного дутья.
Катушка магнитного дутья обычно включена последовательно главному неподвижному контакту выключателя и представляет собой виток главной токоведущей шины, внутри которого находится сердечник, выполненный из стальной ленты. Для концентрации магнитного поля в зоне образования дуги на контактах сердечник катушки магнитного дутья у выключателей имеет полюсные наконечники.
Камера дугогашения (рис. 4) представляет собой плоскую коробку, выполненную из асбестоцемента, внутри которой сделаны две продольные перегородки 4. В камере установлен рог 1, внутри которого проходит ось вращения камеры. Этот рог электрически связан с подвижным контактом. Другой рог 7 укреплен на неподвижном контакте. Для обеспечения быстрого перехода дуги с подвижного контакта на рог 1 расстояние рога от контакта должно быть не более 2-3 мм.
Возникшая при отключении между контактами 2 и 6 электрическая дуга под действием сильного магнитного поля катушки магнитного дутья 5 быстро выдувается на рога 1 и 7, удлиняется, охлаждается встречным потоком воздуха и стенками камеры в узких щелях между перегородками и быстро гаснет. Рекомендуется в стенки камеры в зоне дугогашения вставлять керамические плитки.
Камеры дугогашения выключателей на напряжение 1500 в и выше (рис. 5) отличаются от камеры на напряжение 600 в большими габаритными размерами и наличием в наружных стенках отверстий для выхода газов и устройства дополнительного магнитного дутья.
Рис. 4. Камера дугогашения выключателя ВАБ-2 для напряжения 600 в: 1 и 7 - рога, 2 - подвижный контакт, 3 - наружные стенки, 4 - продольные перегородки, 5 - катушка магнитного дутья, 6 - неподвижный контакт
Рис. 5. Камера дугогашения выключателя ВАБ-2 для напряжения 1500 в: а - устройство камеры, б - схема дугогашения с дополнительным магнитным дутьем; 1 - подвижный контакт, 2 - неподвижный контакт, 3 - катушка магнитного дутья, 4 И 8 - рога, 5 и 6 - вспомогательные рога, 7 - вспомогательная катушка магнитного дутья, I, II, III, IV - положение дуги в процессе гашения
Устройство дополнительного магнитного дутья представляет собой два вспомогательных рога 5 и 6, между которыми включена катушка 7. По мере удлинения дуги она начинает замыкаться через вспомогательные рога и катушку, которая вследствие протекания через нее тока создает дополнительное магнитное дутье. Во всех камерах снаружи имеются металлические полюсные накладки.
Для быстрого и устойчивого гашения дуги расхождение контактов должно быть не менее 4-5 мм.
Корпус выключателя выполнен из немагнитного материала - силумина - и соединен с подвижным контактом, поэтому во время работы находится под полным рабочим напряжением.
Выключатель автоматический быстродействующий постоянного тока ВАТ-42
Эксплуатация автоматических выключателей постоянного тока
В эксплуатации необходимо следить за состоянием главных контактов. Падение напряжения между ними при номинальной нагрузке должно быть в пределах 30 мв.
Зачистку контактов от окиси производят проволочной щеткой (крацовкой). При появлении наплывов их снимают напильником, однако опиливать контакты для восстановления их первоначальной плоской формы не следует, так как это приводит к быстрому их износу.
Необходимо периодически очищать стенки камеры дугогашения от медных и угольных налетов.
При ревизии выключателя постоянного тока производят проверку изоляции держащей и включающей катушек по отношению к корпусу, а также сопротивления изоляции стенок камеры дугогашения. Изоляция камеры дугогашения проверяется приложением напряжения между главными подвижным и неподвижным контактами при закрытой камере.
Перед вводом выключателя в эксплуатацию после ремонта или длительного хранения камера его должна подвергнуться сушке в течение 10-12 ч при температуре 100-110° С.
После сушки камера устанавливается на выключатель и измеряется сопротивление изоляции между двумя точками камеры, расположенными против подвижного и неподвижного контактов, когда они разомкнуты. Это сопротивление должно быть не менее 20 мом.
Калибровка уставок выключателей производится в лаборатории током, получаемым от низковольтного генератора номинальным напряжением 6-12 в.
На подстанции калибровка выключателей производится током нагрузки или при помощи нагрузочного реостата при номинальном напряжении 600 в. Может быть рекомендован способ калибровки выключателей постоянного тока при помощи калибровочной катушки из 300 витков провода ПЭЛ диаметром 0,6 мм, насаженной на сердечник катушки главного тока. Пропуская через катушку постоянный ток, по количеству ампервитков в момент отключения выключателя устанавливают величину токовой уставки. Выключатели первого исполнения, выпускавшиеся ранее, отличаются от выключателей второго исполнения наличием масляного демпфера.
- 0,4кВ
- выключатель
- предохранитель
Страница 31 из 75
4-13. АВТОМАТЫ ЗАЩИТЫ СЕТЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА НОМИНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ДО 24 в
Для защиты от сверхтоков цепей, питаемых маломощными источниками постоянного тока напряжением до 24 в, применяются однополюсные автоматы (рис. 4-40) иа номинальный постоянный ток от 2 до 50 а. Они выпускаются одного габарита и имеют обратно зависимую от тока выдержку времени при всех токах, больших пограничного, который находится между номинальным током и 120-130% номинального.
Рис. 4-40. Автомат защиты сетей постоянного тока на 50 а, 24 в.
При токе, равном 200% номинального, выдержка времени у разных исполнений находится в пределах 25 - 80 сек при нагреве с холодного состояния и не менее 5 сек после прогрева номинальным током. Разрывная способность равна 10,00 а при номинальном токе расцепителей до 10 а и 1 500 а для исполнений на большие номинальные токи. Гарантируемый срок службы 10 000 включений.
Характерной особенностью конструкции является отсутствие свободного расцепления, что в некоторых случаях целесообразно, так как дает возможность удержать автомат в замкнутом состоянии, несмотря на наличие сверхтока.
При положении рукоятки «включено» подвижной контакт 1 всегда прижимается к неподвижному 2 с помощью штифта 8, на который действует пружина 9. При этом колодка 3 сжимает пружину 4. Она удерживается благодаря тому, что ее зуб 5 заскочил за зуб 6 термобиметаллической пластины 7. При перегрузках термобиметаллическая пластина выгибается, зубья 5 и 6 выходят из зацепления, и если рукоятка не удерживается во включенном положении, то происходит отключение, так как под влиянием пружины 4 рукоятка переходит в отключенное положение и находящийся внутри ее штифт 8 размыкает контакт.
4-14. ПОЛУБЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ АВТОМАТ АБ-45-1/6000
Автомат АБ-45-1/6000 на напряжение 750 в, ток 6 000 а постоянного тока - однополюсный, с электромагнитным приводом, отключающим расцепителем и максимальным расцепителем мгновенного действия с регулируемой уставкой 6 000- 12 000 а. Он был разработан для защиты мощных установок постоянного тока, главным образом металлургических. Принципиальная кинематическая схема автомата приблизительно такая же, как и у универсальных автоматов; однако собственное время его срабатывания снижено, для чего применен максимальный расцепитель с индуктивным шунтом (рис. 4-41).
Рис. 4-41. Максимальный расцепитель с индуктивным шунтом для автомата АБ-45-1/6000 на 6 000 я, 750 в постоянного тока.
Часть магнитного потока, созданного током, проходящим через окно 1 магнитопровода, проходит через шунт 2 и удерживает якорь 3 от включения. При больших скоростях роста тока поток через удерживающий шунт медленно растет из-за влияния медной гильзы 4, что приводит к ускоренному притяжению якоря расцепителя.
При испытании {Л. 4-9], несмотря на огромную скорость нарастания тока (25-10+6 а/сек), собственное время срабатывания было 10 — 15 мсек, ток не ограничивался автоматом и достигал 200 кА, автомат разрушился от электродинамических сил. В аналогичных условиях автомат ВАБ-2 ограничивал ток до 42 кА. Разрывная способность АВ-45-1/6000 проверялась до 90 кА при напряжении 500 в. Такой ток автомат отключал с собственным временем 20-35 мсек и полным временем порядка 40 мсек.Вперёд
