Неавтоматические выключатели

Неавтоматические выключатели предназначены для отсоединения отдельных обесточенных частей от напряжения или для

ручного включения и отключения электрической цепи в нормальных режимах при токах, не превышающих 0,2— 1 номинального тока выключателя. К ним относятся неавтоматические выключатели рубящего типа (рубильники), пакетные выключатели и переключатели.

Переключатель — это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для переключения электрических цепей. В распределительных устройствах до 1 кВ и в

Рис.14. Пакетный кулачковый выключатель.

слаботочных цепях автоматики широкое применение получили пакетные переключатели и выключатели, заменившие старую конструкцию рубильников. На рис. 14 показан пакетный кулачковый выключатель. На основании выключателя укреплены два пакета I, II, внутри которых расположены по три полюса контактных систем. При повороте рукоятки 9 поворачивается вал 2 и кулачок 3. Если шток 5 попадает в выемку кулачка 3, то контакты 7, 8 замыкаются под действием пружины 6. Если шток 5 попадает на выступ кулачка, то контакты размыкаются. Возникшая дуга гасится в закрытом объеме герметизированного корпуса 4 из изоляционного материала. Внешняя сеть подключается к выводам 1.

Пакетные выключатели и переключатели серий ПВ и ПМ выпускаются одно-, двух- и трехполюсными на номинальные токи 20—400 А постоянного тока при напряжении 220 В и 63 — 250 А переменного тока при напряжении 380 В. Наибольшая частота отключений в час — 300.

Пакетные переключатели имеют малые габаритные размеры, удобны в монтаже; при переключении исключается выброс пламени и газов. Контактная система позволяет управлять одновременно большим количеством цепей. Такими переключателями разрешается отключать номинальные токи.

Пакетные выключатели не обеспечивают видимого разрыва цепи, поэтому в некоторых цепях устанавливают рубильники.

Рубильник предназначен для ручного включения и отключения цепей постоянного и переменного тока напряжением не выше 1 кВ. По конструкции различают одно-, двух- и трехполюсные рубильники.

Рис. 15. Рубильник с рычажным приводом

На рис. 15 показан рубильник с рычажным приводом. Подвижный контакт-нож 3 вращается в шарнирной стойке 4, создавая разрыв с неподвижным контактом 1. Дугогасительная камера 2 обеспечивает гашение дуги. Ножи всех полюсов объединены изоляционным валиком, движение которому передается тягой 5. Рукоятка монтируется на передней стороне шкафа, а контактная часть — внутри шкафа; таким образом, операции с рубильником безопасны для персонала. Таким рубильником можно отключать поминальный ток в установках 380 В и 50% номинального тока в установках 500 В.

Важнейшей частью рубильника являются контакты. Обычно применяются линейные контакты рубящего типа, нажатие в которых обеспечивается специальными стальными пружинами.

Гашение дуги постоянного тока (до 75 А) происходит за счет ее механического растягивания. При больших токах гашение дуги осуществляется за счет ее перемещения электродинамическими силами взаимодействия, причем, чем короче нож, тем больше силы взаимодействия между дугой и деталями рубильника, что повышает отключающую способность рубильника.

Гашение дуги переменного тока осуществляется за счет околокатодной электрической прочности (150 — 250 В), имеющей место при переходе тока через нуль. Длина ножа в рубильниках переменного тока выбирается по механическим условиям.

Применение дугогасительных камер обеспечивает гашение дуги при отключении номинальных токов рубильниками постоянного тока 220 В и переменного тока 380 В. При напряжении 440 и 500 В отключаемые токи составляют 0,5/_ном. Дугогасительные камеры предотвращают выброс ионизированных газов, поэтому перекрытий на корпус или между токоведущими частями не происходит.

Рубильники и переключатели без устройств для гашения дуги выпускаются на токи до 5000 А и не предназначены для отключения тока нагрузки.

Выбор рубильников производится по:

напряжению установки U_H0М> U_{сет.ном.};

току нагрузки I_ном≥I_{норм. расч}; k_ПГI_ном≥I_{прод.расч}

конструктивному выполнению;

электродинамической стойкости i_{пр с} ≥ i_уд;

термической стойкости

Номинальный ток I_ном, предельный сквозной ток I_прс, ток и время термической стойкости I_тер, t_Tep приводятся в каталогах и справочниках. Определение I_{норм.расч.} и I_прод._расч , коэффициента перегрузки k_ПГ рассмотрено в других разделах.

Предохранители

Предохранитель — это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действие тока, превышающего определенное значение.

В большинстве предохранителей отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную. Эта операция производится вручную или автоматически заменой всего предохранителя.

Основными элементами предохранителя являются: корпус плавкая вставка (плавкий элемент), контактная часть, дугогасительное устройство и дугогасительная среда.

Предохранители изготовляются на напряжение переменного тока 36, 220, 380, 660 В и постоянного тока 24, ПО, 220, 440 В.

Предохранители характеризуются номинальным током плавкой вставки, т.е. током, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы. В один и тот же корпус предохранителя могут быть вставлены плавкие элементы на различные номинальные токи, поэтому сам предохранитель характеризуется номинальным током предохранителя (основания), который равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок предназначенных для данной конструкции предохранителя.

Предохранители до 1 кВ изготовляются на номинальные ток до 1000 А.

В нормальном режиме теплота, выделяемая током нагрузки в плавкой вставке, передается в окружающую среду и температура всех частей предохранителя не превышает допустимую. При перегрузках или КЗ температура вставки увеличивается и она расплавляется. Чем больше протекающий ток, тем меньше время плавления. Эта зависимость называется защитной (времятоковой) характеристикой предохранителя.

Предохранители не должны отключать электрическую цепь при протекании условного тока неплавления и должны отключать цепь при протекании условного тока плавления в течение определенного времени, зависящего от номинального тока (ГОСТ 17242—79Е). Например, при номинальных токах 10 —25 А плавкая вставка не должна расплавляться в течение 1 ч при токах 130% номинального и должна расплавляться в течение того же времени при токах 175% номинального.

Чтобы уменьшить время срабатывания предохранителя, применяются плавкие вставки из разного материала, специальной формы, а также используется металлургический эффект.

Наиболее распространенными материалами плавких вставок являются медь, цинк, алюминий, свинец и серебро.

При больших номинальных токах плавкая вставка выполняется из параллельных проволок или тонких медных полос.

Для ускорения плавления вставок из меди и серебра используется металлургический эффект — явление растворения тугоплавких металлов в расплавленных, менее тугоплавких. Если, например, на медную проволочку диаметром 0,25 мм напаять шарик из оловянно-свинцового сплава с температурой плавления 182 °С, то при температуре проволоки 650 °С она расплавится в течение 4 мин, а при 350 °С — в течение 40 мин. Та же проволока без растворителя плавится при температуре не менее 1000 °С. Обычно для создания металлургического эффекта на медных и серебряных вставках применяют чистое олово, обладающее более стабильными свойствами. В нормальном режиме работы шарик практически не влияет на температуру вставки.

Ускорение плавления вставки достигается также примене­нием плавкой вставки специальной формы. При токах КЗ узкие участки нагреваются настолько быстро, что отвод теплоты почти не происходит. Вставка перегорает одновременно в нескольких

Рис. 16. Токоограничивающий эффект плавких предохранителей: а – при постоянном токе; б – при переменном токе

суженных местах, прежде чем ток КЗ достигнет своего установившегося значения в цепи постоянного тока или ударного тока в цепи переменного тока (рис. 16). Ток КЗ при этом ограничивается до значения i_огр (в 2 —5 раз). Такое явление называется токоограничивающим действием предохранителя. Электродинамические силы в цепи, защищенной таким предохранителем, настолько уменьшаются, что в некоторых случаях токоведущие части и аппараты не требуют проверки по электродинамической стойкости.

Гашение электрической дуги, возникающей после перегорания плавкой вставки, должно осуществляться в возможно короткое время. Время гашения дуги зависит от конструкции предохранителя.

Наибольший ток, который плавкий предохранитель может отключить без каких-либо повреждений или деформаций, называется предельным током отключения.

Предохранители получили широкое применение в промышленных электроустановках, на электростанциях, подстанциях, в быту и имеют различную конструкцию. Рассмотрим конструкцию предохранителей, получивших наиболее широкое применение в электрических установках.

Предохранители насыпные типа ПН-2 (рис. 17) широко применяются для защиты силовых цепей до 500 В переменного и 440 В постоянного тока и выполняются на номинальные токи 100—600 А.

Фарфоровая, квадратная снаружи и круглая внутри, трубка 1 имеет четыре резьбовых отверстия для винтов, с помощью которых крышка 4 крепится с

Рис. 17. Предохранитель типа ПН-2:

1 — фарфоровая трубка; 2 — плавкая вставка; 3 — контактный нож; 4 — крышка; 5 — уплотняющая прокладка; 6 — кварцевый песок; 7 — прорезь; 8 — шарики олова.

уплотняющей прокладкой 5. Плавкая вставка 2 приварена электроконтактной точечной сваркой к шайбам врубных контактных ножей 3. Крышки с асбестовыми про­кладками герметически закрывают трубку. Трубка заполнена сухим кварцевым песком 6. Плавкая вставка выполнена из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15 — 0,35 мм и ши­риной до 4 мм. На вставке сделаны прорези 7, уменьшающие се­чение вставки в 2 раза. Для снижения температуры плавления встав­ки используется металлургический эффект — на полоски меди напаяны шарики олова 8. Температура плавления в этом случае не превышает 475 °С. Дуга возникает в нескольких параллельных каналах (в соответствии с числом вставок); это обеспечивает наименьшее количество паров металла в канале между зернами кварца и наилучшие условия гашения дуги в узкой щели. Насыпные предохранители обладают токоограничивающим свойством.

Для уменьшения возникающих перенапряжений плавкая вставка имеет по длине прорези, причем их количество зависит от номинального напряжения предохранителя (из расчета 100—150 В на участок между прорезями). Так как вставка сгорает в узких местах, то длинная дуга оказывается разделенной на ряд коротких дуг, суммарное напряжение на которых не превышает суммы катодных и анодных падений напряжения. Наполнителем в предохранителях ПН является чистый кварцевый песок (99% SiO₂). Вместо кварца может быть применен мел (СаСО₃), иногда его смешивают с асбестовым волокном. При гашении дуги мел разлагается с выделением углекислого газа СО₂ и СаО — тугоплавкого материала. Реакция происходит с поглощением энергии, что способствует гашению дуги. Иногда применяют для засыпки гипс (CaSO₄) и борную кислоту.

В насыпных предохранителях вместо фарфоровых трубок могут применяться трубки из стеклоткани, пропитанной теплостойкими лаками, из стеатита или литые из пластмасс или изоляционных смол.

Предохранители НПН подобны ПН, но имеют неразборный патрон без контактных ножей и рассчитываются на токи до 60 А. Предельный отключаемый ток в предохранителях ПН-2 достигает 50 кА.

Предохранители серии ПП-31 с алюминиевыми встав­ками на номинальные токи 63 — 1000 А (предельный ток отключения до 100 кА при напряжении 660 В) разработаны взамен предохранителей серии ПН-2.

Предохранители серии ПП-17 изготовляются на токи 500—1000 А, напряжение переменного тока 380 В и постоянного тока 220 В. Предельная отключающая способность их составляет 100—120 кА. Предохранитель состоит из плавкого элемента, по­мещенного в керамический корпус, заполненный кварцевым пес­ком, указателя срабатывания и свободного контакта. При расплавлении плавкого элемента предохранителя перегорает плавкий элемент указателя срабатывания, освобождая взведенный при сборке указателя боек, который переключает свободный контакт. Последний замыкает цепь сигнализации положения предохранителя.

Быстродействующие предохранители для защиты полупроводниковых приборов ПП-41, ПП-57, ПП-59, ГТП-71 выполняются с плавкими вставками из серебряной фольги в закрытых патронах с засыпкой кварцевым песком. Они рассчитаны на установку в цепях переменного тока напряжением 380—1250 В и постоянного тока 230—1050 В; номинальные токи 100 — 2000 А, предельные токи отключения до 200 кА. Эти предохранители обладают заметным токоограничивающим действием.

Выбор предохранителей производится:

по напряжению U_ном=U_сети;

току предохранителя (основания);

номинальному току плавкой вставки.

Номинальный ток плавкой вставки выбирается так, чтобы в нормальном режиме и при допустимых перегрузках отключения не происходило, а при длительных перегрузках и КЗ цепь отклю­чалась возможно быстрее. При этом соблюдаются условия избирательности защиты.

Номинальный ток предохранителя согласуется с выбранным номинальным током плавкой вставки.

Предохранители, выбранные по нормальному режиму, проверяются по предельно отключаемому току: 1_тклмом > 1_П0.

Предохранители также проверяются на соответствие время-токовых характеристик токоограничения заданным условиям защищаемой цепи.