Автоматические выключатели
Автоматические воздушные выключатели (автоматы) предназначены главным образом для защиты электрических сетей и установок от аварийных режимов работы (КЗ, перегрузок, понижения напряжения, неполнофазных режимов) и защиты людей от поражения электрическим током. Кроме того, автоматы предназначаются для нечастых коммутационных операций включения и отключения номинальных токов нагрузки.
К автоматам предъявляются следующие требования:
· токоведущая часть должна пропускать номинальный ток в течение сколько угодного длительного времени. Нормальный режим работы – продолжительный;
· автомат должен обеспечивать многократное отключение предельных токов КЗ, которые могут достигать десятков килоампер. После этого автомат должен быть пригоден для пропускания номинальных токов;
· автоматы должны иметь малое время отключения;
· в целях уменьшения размеров распределительных устройств и повышения безопасности обслуживания необходимо сокращение зоны выхлопа нагретых газов в процессе гашения.
Основными параметрами автоматов являются номинальное напряжение, номинальный ток, номинальный ток отключения, собственное и полное время отключения.
Автоматы представляют собой устройство, состоящее из электромагнита, контактной системы, ДУ, теплового реле и расцепителей. Расцепители – это простейшие релейные устройства прямого действия, предназначенные для механического воздействия на удерживающий механизм аппарата и освобождения его подвижных частей для изменения коммутационного положения. Распространены тепловые, электромагнитные и полупроводниковые расцепители. Тепловые расцепители наиболее часто выполняются на основе биметаллических элементов прямоугольной или U-образ-ной формы. Из электромагнитных расцепителей распространены максимальные токовые и минимального напряжения. Электромагнитные расцепители просты по конструкции, имеют высокую термическую и электродинамическую стойкость, не боятся вибраций.
Для создания выдержек времени между электромагнитом и механизмом свободного расцепления ставится устройство задерж-ки, в качестве которого может быть использован тепловой расцепитель. Принципиальная схема работы автомата представлена на рис. 6.9. Токоведущая цепь имеет основные 3 и дугогасительные 2 контакты. Включение автомата может производиться вручную рукояткой 9 или электромагнитом 5. Звенья 6, 7 и упор 8 являются механизмом свободного расцепления. Отключение автомата можно производить вручную. Скорость расхождения контактов обеспечивается пружиной 4. Возникшая при расхождении контактов дуга гасится в дугогасительной камере 1.
| Рис. 6.9. Принципиальная схема работы автомата |
Для дистанционного отключения автомата устанавливается независимый электромагнитный расцепитель 10, который может быть выполнен как на постоянном, так и на переменном токе. Обмотка рассчитывается на кратковременный режим ра-боты. Для дистанционного отключения можно использовать и минимальный расцепитель 13, применив его по прямому назначению. Напряжение отпадания электромагнита регулируется в пределах 35-70% номинального. При снижении напряжения ниже напряжения уставки пружина 12 отрывает якорь от магнитной цепи и воздействует на механизм свободного расцепления.
Для того чтобы избежать нагрева катушки в отключенном положении, она питается через вспомогательный контакт, замыкающийся раньше, чем главные контакты. Благодаря этому механизм подготавливается к работе в процессе включения. Кроме того, в этот же период механизм автомата либо подводит якорь к сердечнику, либо уменьшает натяжение пружины 12 расцепителя 13, так как электромагнит не может притянуть якорь при имеющемся большом начальном зазоре.
Максимальный расцепитель может быть выполнен электромагнитным 14 и тепловым биметаллическим 11 с подключением в электрическую цепь непосредственно через трансформатор тока или шунт. Максимальный расцепитель, как и два других расцепителя, действует на механизм свободного расцепления через упор 8, выбивая его из мертвого положения. Отключение производится под действием пружины 4.
| Рис. 6.10. Схема быстродействующего выключателя постоянного тока типа ВАБ |
Современные автоматические выключатели выполняются с независимыми расцепителями (электромагнитами отключения) и блоками управления с полупроводниковыми приборами и конденсаторами, присоединяемыми к измерительным трансформаторам. Выключатели автоматические быстродействующие (ВАБ) постоянного тока устанавливаются в преобразовательных установках, в частности, для коммутации тиристорных источников питания. Они обладают способностью ограничивать ток КЗ за счет быстрого образования дуги между контактами и интенсивного роста ее сопротивления, работают на номинальных напряжениях около 1000 В при номинальных токах в тысячи ампер; время их срабатывания 0,01-0,03 с. Быстродействие выключателя обеспечивается отсутствием у механизма свободного расцепления и удерживающей защелки (рис. 6.10).
Подвижная часть выключателя удерживается в положении «включено» электромагнитом 6, имеющим основную или удерживающую обмотку 9 с большим числом витков, и питается от сети постоянного тока 110 или 220 В. Дополнительная последовательная обмотка 5 с одним витком помещена на небольшом сердечнике и обтекается током коммутируемой цепи. С помощью этой обмотки подвижная часть выключателя освобождается при резком увеличении тока или изменении его направления.
В положении «включено» якорь 8, укрепленный на контактном рычаге 4,притянут к полюсам электромагнита. Отключающая пружина 3 натянута. При этом магнитодвижущая сила (МДС) последовательной обмотки уменьшает магнитный поток в якоре и полюсах, однако при нормальной работе, когда ток относительно невелик, результирующая МДС достаточна для удержания якоря. Когда же ток в цепи превышает ток срабатывания, МДС последовательной обмотки резко увеличивается и смещает магнитный поток из якоря в сердечник с обмоткой 5. Контактный рычаг под действием пружины отрывается от полюсов, и контакты 1 размыкаются. Дуга, образующаяся на контактах, затягивается магнитным полем электромагнита 2 в камеру и гасится.
Размагничивающее действие последовательной обмотки при КЗ усиливают с помощью магнитного шунта 10, включенного параллельно обмотке. Шунт имеет относительно малое актив-ное сопротивление, большая часть тока при нормальной работе замыкается по нему. При КЗ ток быстро увеличивается и вследствие большой индуктивности шунта смещается из него в последовательную обмотку, вызывая размыкание контактов выключателя. Электромагнит 7 служит для включения выключателя.
| Рис. 6.11. Защитная ампер-секундная характеристика автомата |
Для того чтобы данный выключатель реагировал на изменение направления тока в цепи, достаточно изменить направление включения удерживающей обмотки на обратное. Тогда при увеличении тока в прямом направлении выключатель останется включенным. При изменении направления магнитный поток сместится из якоря в параллельную ветвь, и выключатель разомкнет цепь. Из универсальных автоматов наибольшее распространение получили автоматы первого поколения серии А 3000. Защитная амперсекундная характеристика автомата – ограниченно-зависимая (рис. 6.11). Автоматические выключатели серии А 3700 широко используются в комплектных трансформаторных подстанциях при мощностях трансформаторов до 400 кВ·А. Автоматические выключатели серии «Электрон» предназначены для установки в цепях с номинальным напряжением постоянного тока до 440 В и переменного тока до 660 В частотой 50 и 60 Гц. Они предназначены для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при КЗ и перегрузках, а также для нечастых (до 10 раз в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей. Выключатели с номинальным током максимальной токовой защиты до 1600 А допускают включение асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
Выключатели выпускаются в двухполюсном исполнении для постоянного тока и трехполюсном – для переменного. Все типы, кроме Э-06, имеют электродвигательный привод. По способу установки выключатели делятся на стационарные и выдвижные с задним присоединением внешних проводников. Существуют автоматы с максимальным расцепителем тока и минимальным расцепителем напряжения, а также с максимальным расцепителем тока и независимым расцепителем напряжения. Выключатели состоят из двух базовых конструкций: одна на номинальный ток до 800 А, ко-торой принадлежат выключатели типа Э-06; другая на номинальный ток до 6300 А, к которой принадлежат выключатели типов Э16, Э25, Э40 (табл. 6.1). Выключатели собираются из отдельных конструктивных сборочных единиц: контактной группы, ДУ, механизма управления, контактов вспомогательной цепи, независимого расцепителя, минимального расцепителя напряжения, максимально-токовой защиты.
Таблица 6.1
Автоматические выключатели серии «Электрон»
| Тип выключателя | Номинальный ток выключателя, А | Цепь переменного тока | Ток отключения цепи постоянного тока, кА | |||
| ток включения, кА | действующее значение тока отключения, кА | 220 В | 440 В | |||
| 380 В | 660 В | |||||
| Э 06 С | ||||||
| Э 06 С | ||||||
| Э 06 В | ||||||
| Э 16 В | ||||||
| Э 16 В | ||||||
| Э 25 С | ||||||
| Э 25 С | ||||||
| Э 25 В | ||||||
| Э 40 С | ||||||
| Э 40 С | ||||||
| Окончание табл. 6.1 | ||||||
| Тип выключателя | Номинальный ток выключателя, А | Цепь переменного тока | Ток отключения цепи постоянного тока, кА | |||
| ток включения, кА | действующее значение тока отключения, кА | 220 В | 440 В | |||
| 380 В | 660 В | |||||
| Э 40 В | ||||||
| Э 40 В |
Примечания:1. Ток включения – наибольшее значение мгновенного значения тока в первом полупериоде при напряжении 380 В.
2. С – стационарные, В – выдвижные.
Контактная группа выключателей Э 16, Э 25 и Э 40 (рис. 6.12) состоит из главных контактов 4-6 и дугогасительных S, 8, 9. Главные неподвижные контакты имеют серебряные накладки, а главные подвижные и дугогасительные контакты – накладки из металлокерамики. Дугогасительные контакты выполнены с петлеобразным электродинамическим компенсатором 7, применяющимся для предотвращения самопроизвольного размыкания контактов при сверхтоках.
| Рис. 6.12. Контактная группа выключателей типа «Электрон» |
В устройство максимальной токовой защиты (МТЗ) входят полупроводниковый блок (реле МТЗ) и исполнительное устройство (расцепитель МТЗ), а также датчики тока и блок сопротивлений. При срабатывании реле МТЗ на катушку расцепителя у выключателей переменного тока подается напряжение, расцепитель срабатывает, воздействует на механизм свободного расцепления, и выключатель отключается. В выключателях постоянного тока при срабатывании реле МТЗ шунтируется обмотка расцепителя, которая находится под напряжением. Токи срабатывания максимальной токовой защиты устанавливаются ручками управления, которые выведены на лицевую панель блока МТЗ.
В настоящее время выпускаются выключатели третьего поколения на номинальные токи до 1600 А. Единая серия имеет ряд мо-дификаций от ВА51 до ВА56 и ВА75. Выключателями серий ВА50 заменяют выключатели АЕ3700, АЕ20 и др., а также серий АВМ и «Электрон» на токи до 1600 А. Выключателями ВА75 полностью заменяют выключатели серии АВМ и «Электрон» до 4000 А. Эти серии выключателей решают многие проблемы защиты электрических сетей, возникающие в связи с повышением мощности источников электроэнергии и соответствующим увеличением тока КЗ. Выключатели предназначены для работы в сетях переменного и постоянного тока.
Серия ВА51 – выключатели с коммутационной способностью 3,8-35 кА на номинальные токи до 630 А с тепловым и электромагнитным расцепителем. Объем их производства составит более 98% общего объема производства выключателей.
Серия ВА52 – выключатели с коммутационной способностью 25-55 кА. Выключатель этой серии состоит из выключателя ВА5 и токоограничивающего блока.
Серия ВА53 – токоограничивающие выключатели с полупроводниковыми расцепителями на номинальные токи 400-1600 А. Они позволяют в широком диапазоне регулировать уставки время токовых характеристик выключателей. Предельная коммутационная способность выключателей 48-135 кА.
Серия ВА54 также построена по модульному типу: выключатель ВА53 и унифицированный с блоком ВА52 токоограничивающий блок, что позволяет довести коммутационную способность до 85-150 кА.
Серия ВА55 – выключатели с коммутационной способностью 32-80 кА, селективно-токоограничивающие, на номинальные токи 400-1600 А. Конструкция выключателя и полупроводникового расцепителя практически полностью унифицирована с конструкцией выключателя ВА53.
Все эти выключатели имеют встроенные вспомогательные контакты, независимый расцепитель, минимальный или нулевой расцепитель напряжения, сигнализацию автоматического отключения. Они могут выполняться в стационарном или выдвижном исполнении, с ручным или электромеханическим приводом. Аппараты обеспечивают защиту в зонах токов перегрузки и токов КЗ, при однофазном замыкании или разрыве одной из фаз, а также выдержку времени в зонах перегрузки и токов КЗ.
Выключатели разработаны в результате сотрудничества стран-участниц Интерэлектро.
Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 2600;