Автоматические выключатели

Автоматический выключатель (АВ) представляет собой двухпозиционный электрический аппарат, предназначенный для автоматического размыкания цепи в заданных режимах работы (аварийный и ненормальный режим), а также для нечастых коммутаций. Автоматические выключатели часто называют автоматами.

Автоматы относятся к комбинированным электрическим аппаратам. При этом все они имеют как ручное управление, так и автоматическое. По времени срабатывания автоматы делят на универсальные (время срабатывания 10-100 миллисекунд), быстродействующие (0.2-10 миллисекунд) и селективные (до 1 сек.).

Первые две группы часто объединяют под названием установочные аппараты, то есть они устанавливаются непосредственно перед той установкой, которую они защищают. Между ними и защищаемым оборудованием нет других средств защиты, поэтому эти аппараты должны срабатывать первыми в схеме защиты при повреждении в защищаемой зоне.

Селективные автоматы (избирательные) используются для обеспечения избирательности действия защиты электрооборудования. При этом селективность действия достигается выбором тока и временем срабатывания. И то и другое как правило регулируется, и выбранное значение I_сраб и t_сраб устанавливается при настройке по результатом расчета.

Любой АВ содержит следующие элементы и системы:

- Контактная система.

- Система дугогашения.

- Привод.

- Механизм свободного расцепления (МСР).

- Расцепители.

- Коммутатор вспомогательных контактов.

- Система замедления (только у селективных выключателей).

Рассмотрим подробнее выполнения этих систем.

Контактная система – 1 является наиболее ответственным узлом аппарата, длительно находящаяся под током, и способная отключить цепь в заданном режиме. Конструктивное исполнение контактной системы зависит от уровня рабочего тока в защищаемой цепи. Так при токах до 200 А автоматы как правило выполняются с одной парой главных контактов, и имеют одноступенчатое действие. При больших токах применяются двух и трех ступенчатые системы, соответственно с двумя или тремя парами контактов. Например, в 3-х ступенчатой системе сначала включаются дугогасительные контакты, потом предварительные, а затем рабочие контакты, при размыкании цепи процесс обратный.

Дугогасительная система предназначена для гашения дуги во всех режимах работы оборудования. Так в установочных аппаратах обычно используются камеры с дугогасительными решетками из стальных пластин. Такая конструкция обеспечивает хорошее дробление дуги, и успешное ее гашение при токах до 40 кА , и переменном напряжении 220 В, и до 20 кА постоянного тока при напряжении 440 В. Сам каркас дугогасительной решетки выполняется из газогенерирующего материала. Электромагнитное дутье чаще всего используется в аппаратах постоянного тока.

В судовых АВ используется ручной, электромагнитный и электродвигательный привод, предназначенный для приведения аппаратов в рабочее состояние. Управление приводом может быть как местным, так и дистанционным, выполняется как на переменном, так и на постоянном токе. Отключение аппарата может быть ручным (на малых токах), дистанционным и автоматическим (при больших токах). Причем в слаботочных цепях используется АВ прямого действия, в сильноточных цепях – косвенного действия, за счет воздействия на механизм свободного расцепления.

Механизм свободного расцепления предназначен для обеспечения возможности отключения АВ расцепителями в тех случаях, когда привод удерживает АВ во включенном состоянии, то есть при этом нарушается связь между приводом и контактной системой, и под воздействием отключающей пружины контакты расходятся. Благодаря наличию такого механизма автомат отключается при возникновении ненормальных условий в защищаемой цепи, несмотря на включенное состояние привода. МСР не позволяет включить АВ вновь, или самопроизвольно включится без выполнения операции возврата МСР в исходное состояние.

Кинематическая схема, поясняющая принцип действия МСР приведена на рис.88. Здесь имеет место три фиксированных состояния:

- а) После автоматического отключения.

- б) Положение, предшествующее включению АВ.

- в) Положение включено.

Обычно МСР выполняется в виде двух, трех коленной системы рычагов. Так при включении аппарата колено имеет изгиб внизу (рис. 88 в), цепь замкнута. При отключении вручную колено получает обратный изгиб, размыкая цепь. Выполняется операция с помощью пружины и расцепителя.

Расцепитель – это элемент управления или защиты, который отключает автомат, автоматически воздействуя на МСР. В зависимости от функций различают:

- Максимальный расцепитель – это элемент защиты по току или напряжению срабатывающий при превышении заданных значений ( уставок).

- Минимальный расцепитель – тоже, но при уменьшении заданных значений.

- Независимый расцепитель – отключающий АВ при подаче на расцепитель управляющей команды, то есть питания. Обычно независимые расцепители используются для дистанционного управления АВ.

Как правило, расцепители имеют принцип действия электромагнита. Различие заключается только в том, когда происходит отключение аппаратов, при подаче питания на расцепитель, или при снятии ее.

Для указания состояния автомата: включен, отключен или в состоянии несоответствия, используются сигнальные средства ( это могут быть лампы двух цветов: красный и зеленый, или специальный флажок – блинкер, также имеющий двух цветное исполнения).

Максимальный и минимальный расцепитель также как правило выполнен с помощью электромагнита, обеспечивая функцию отключения при к.з., перегрузках и снижениях напряжения. Кроме того, для защиты от перегрузок часто используется тепловые расцепители на базе биметаллической пластинки. Ее применение позволяет легко реализовать требуемую время-токовую характеристику (чем больше ток, тем меньше время срабатывания, и наоборот).

Замедлители устанавливаются в виде промезжуточного элемента между расцепителем и МСР. Чаще всего применяют гидравлические и пневматические замедлители. Часовой механизм в судовых АВ практически не применяется.

Коммутатор вспомогательных контактов предназначен для выполнения дополнительных коммутаций в цепях управления, защиты и сигнализации, при изменения состояния АВ. Количество и вид контактов определяется схемой защиты и управления.

Все судовые АВ делятся на генераторные АВ и АВ приемников. Первые выполняют коммутацию и защиту генераторов, а также секционных перемычек. Вторые используются для защиты и коммутации фидеров, вторичных распределительных щитов и отдельных электроприемников. Наибольшее применение на отечественных судах получили генераторные АВ серии АС и АМ. Выключатели серии АМ более совершенны по конструкции, чем серия АС. Они выпускаются в двух и трех полюсном исполнении и рассчитаны на токи от 800 до 5500 А, при этом под номинальным током генераторного АВ принято понимать номинальный ток его главных контактов, то есть это характеристика длительно-допустимого тока транзита через выключатель. Вторым параметром АВ является номинальный ток расцепителя, причем он может быть как равным номинальному току главных контактов, но и быть меньше его. Например, широко применяемый выключатель АМ8 комплектуется расцепителями на токи 130, 190, 260…800 А. Обычно эти выключатели комплектуются электродвигательным приводом взвода пружины (рис.90). Он содержит:

- Коллекторный ДПТ.

- Электромагнитную муфту УС соединяющую двигатель с редуктором, через который осуществляется взвод пружины МСР.

- Электромагнит УA включения выключателя.

- Расцепитель КV1 обычно независимого или минимального исполнения.

- Путевые выключатели SQ1 и SQ2 работающие одновременно с главными контактами.

- Контакты SF1 – SF4 с помощью которых осуществляется управление механизмом взвода пружины.

- QF – главная контактная система АВ.

- FА – максимальный расцепитель.

- КV2 – минимальный расцепитель по напряжению.

Каждое включение или отключение АВ происходит за счет энергии взведенных ранее пружин, поэтому после каждого срабатывания АВ схема сразу же переходит в исходное состояние, готовя цепь пуска двигателя М к очередному взводу пружины. После взвода пружины выключатель готов к очередному срабатыванию. Приведенная схема соответствует состоянию АВ с взведенными пружинами.

При нажатии на кнопку «Пуск» электромагнит УА освобождает замок взведенной пружины, АВ включается и при этом размыкается контакт SQ1, а контакт SQ2 переходит в положение 1 указанной схемы. За счет этого обеспечивается возможность очередного пуска двигателя, и соответственно очередного взвода пружины. В конце взвода пружины контакты SF1 и SF2 размыкаются, а контакты SF3 и SF4 – замыкаются, электродвигатель взвода пружин отключается. При нажатии на кнопку «Стоп» подается питание на расцепитель КV1, отключается выключатель размыкая контактную систему. При этом контакт SQ1 замыкается, а SQ2 переходит в положение 2. В итоге через замкнутый контакт SF3 вновь создается цепь включения двигателя М.

Собственное время отключения выключателей серии АМ не превышает 0.08 сек, в то время как на взвод пружины с момента подачи команды до состояния готовности требуется время до 10 сек. Схема управления содержит защиту о снижении напряжения на шинах генератора на 20-30% , ( уставка регулируется с помощью Р3) за счет постоянной времени С-R2-R3 обеспечивается выдержка времени до двух секунд. После этого расцепитель КV2 срабатывает, и действует на отключение выключателя. Если напряжение восстановится в течении этого времени, срабатывание КV2 не происходит.

В тех случаях, когда по условиям эксплуатации требуются производить многократные коммутации сетей, то ПТЭ предписывают обеспечить 30-ти минутный перерыв по истечении 10-ти срабатываний АВ. На случай возникновения неисправностей в цепях управления двигателя М взвода пружин, конструкция выключателя предусматривает возможность ручного взвода с помощью рукоятки отделенной пружиной от вала механизма взвода с помощью храповика.