2015-04-06
880
Автоматический выключатель (автомат) - аппарат, предназначенный
для нечастых замыканий и размыканий электрической цепи и длительного
прохождения по нему тока, а также для автоматического размыкания цепей
при появлении в них короткого замыкания, перегрузок по току, падения
напряжения ниже допустимого, изменении направления тока или мощности.
Применение выключателей вместо плавких предохранителей дает
следующие преимущества:
- при перегрузке или коротком замыкании выключатель отключает все
фазы защищаемой им цепи, благодаря чему исключается возможность
однофазной работы трёхфазных двигателей; - уменьшаются простои, так как включить сработавший выключатель
быстрее, чем сменить сгоревший предохранитель;
- выключатели имеют защитные характеристики срабатывания,
обеспечивающие более совершенную защиту, чем плавкие
предохранители.
Вместе с тем автоматические включатели имеют более высокую
стоимость, чем предохранители.
В зависимости от назначения и требуемых параметров автоматические
выключатели различают по мощности (току), числу полюсов (одно-, двух- и
трёхполюсные), исполнению защитных расцепителей, быстродействию и
конструктивному исполнению.
К автоматам предъявляют следующие требования:
- токоведущая цепь автомата должна пропускать номинальный ток в
течение сколь угодно длительного времени, а также выдерживать
воздействие больших токов КЗ;
- автомат должен обеспечивать без повреждений многократное
отключение предельных токов КЗ;
- для обеспечения электродинамической и термической стойкости
энергоустановок, уменьшения разрушений, вызываемых токами КЗ,
автоматы должны иметь малое время отключения;
- элементы защиты должны обеспечивать необходимое время
срабатывания и селективность.
В любом автомате есть следующие основные узлы: токоведущая цепь,
дугогасительная система, привод автомата, механизм свободного расцепления
и элементы защиты - расцепители.
Токоведущая цепь. Наиболее важной частью токоведущей цепи
являются контакты. При номинальных токах до 200 А применяется одна пара
контактов, которые для увеличения дугостойкости могут быть облицованы
металлокерамикой. При токах более 200 А применяются часто пары главных и дугогасительных контактов. Основные контакты облицовываются серебром
либо металлокерамикой (серебро, никель, графит). Дугогасительные
покрываются металлокерамикой (серебро, вольфрам и серебро, никель).
Дугогасительная система. В автоматах применяются полузакрытое и
открытое исполнение дугогасительных устройств.
В установочных и универсальных автоматах массового применения
широко используется деионная дугогасительная решетка из стальных пластин,
рис. 8.
В решетке на рис. 8.а) дуга выводится на пластины и делится между
ними с помощью магнитного поля напряженностью Н, создаваемого
специальной системой, на короткие дуги. На рис.8.6) дуга втягивается в
решётку за счет электродинамических усилий, возникающих в контуре 1, 3, 2, и
за счёт усилий, действующих на дугу, благодаря наличию ферромагнитных
пластин 5.
Рисунок 8 - Виды дугогасительных решёток
Ферромагнитные пластины применяются на постоянном и переменном
токе частотой 50 Гц. В этом случае сила, действующая на дугу, перемещает её в
решетку и препятствует выходу дуги из неё. Это является большим
достоинством ферромагнитных пластин. При этом дуга горит с минимальным
выбросом ионизированных и нагретых газов из дугогасительного устройства.
Недостатком дугогасительной решетки является прогорание пластин в
повторно-кратковременном режиме при токе 600 А и более. Для уменьшения
этого процесса пластины покрывают медью или цинком.
Приводы. Привод должен обеспечить усилие на контактах, необходимое
для включения автомата в самом тяжелом случае - на существующее КЗ.
Приводы могут быть ручные и электромеханические. Ручные приводы
применяются при номинальных токах до 200 А.
При токах до 1 кА применяются электромагнитные приводы,
обеспечивающие необходимую скорость нарастания давления в контактах.
Недостатком электромагнитного привода являются большие скорости
движения и удары в механизме, которые могут привести к вибрации контактов.
В автоматах на токи 1500 А и выше желательно применение электро-
двигательного привода.
Расцепители. Расцепитель - узел автомата, контролирующий заданный
параметр и подающий сигнал на отключение при отклонении этого параметра
от установленного значения. Различают конструкции расцепителей: тепловое
реле (биметаллическая пластина), электромагнитный и полупроводниковый.
Тепловой расцепитель обеспечивает защиту электрических объектов в
режиме тепловой перегрузки. Биметаллическая пластина нагревается за счет
прохождения через неё тока, изгибается и разрывает цепь питания
электрооборудования. Однако эти расцепители имеют следующие недостатки:
- с ростом отключаемого тока растет усилие, необходимое для
расцепления автомата. Поэтому тепловой расцепитель применяется
при токах до 200 А;
- выдержка времени тепловых расцепителей зависит от температуры
окружающей среды;
- малая термическая стойкость тепловых расцепителей определяет
малую допустимую длительность КЗ, что затрудняет получение
необходимой селективности.
Электромагнитный расцепитель обеспечивает максимальную (по
току КЗ) и минимальную (по напряжению) защиту.
На рис.9 показана схема работы максимального расцепителя. При прохождении по цепи катушки 2 электромагнитного расцепителя номинального тока пружина 3 удерживает якорь электромагнита 4 разомкнутым, а защелка 1 - главные контакты ГК - замкнутыми. При повышении тока в цепи катушки 2 сила тяги электромагнита возрастает до величины, превосходящей силу удерживающей пружины 3. Якорь 4 замыкает магнитную цепь электромагнита, этим освобождая защелку 1 и размыкая ГК.
На рис. 10 показана схема работы минимального расцепителя. При номинальном напряжении в цепи катушки 1 электромагнита протекает ток, достаточный для создания силы тяги, чтобы удержать якорь 5 в притянутом состоянии. При снижении напряжения в питающей сети снижается ток в цепи катушки 1. Сила удерживающей катушки 3 в какой-то момент превосходит силу тяги электромагнита 1, отрывает якорь 5 от катушки, размыкает защелку,2 и размыкаются ГК.
Регулирование IСРАБ можно производить за счет натяжения пружины или
изменением числа витков обмотки.
Более совершенной является защита с помощью полупроводниковых
расцепителей, которые широко используются в современных автоматах серий
А- 3700 иВА.
