Воздушные автоматические выключатели

Автоматические воздушные выключатели представляют собой двухпозиционный (включено-отключено) аппарат, предназначенный для автоматического размыкания электрических цепей при появлении ненормальных условий, а также для нечастых коммутаций этих же цепей в нормальных условиях. Автоматическими эти аппараты называются потому, что при появлении ненормальных условий они срабатывают автоматически, а воздушными – вследствие того, что размыкание контактов и горение электрической дуги происходят в воздухе.

Из определения следует, что автоматические воздушные выключатели относятся к комбинированной аппаратуре, так как служат не только для целей управления, осуществляя вручную или с помощью какого-либо привода замыкание и размыкание своих контактов, но и для защиты

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) нашли достаточно широкое применение на судах в качестве аппаратов управления и защиты судовых источников (генераторов), преобразователей (трансформаторов) и приемников электрической энергии.

По времени срабатывания различают универсальные,время срабатывания которых составляет 10–100 мс, быстродействующие,у которых это время равно 0,1–10 мс, и селективныеавтоматические выключатели, которые позволяют получить выдержку времени до 1 с. Селективные автоматические выключатели для обеспечения избирательной защиты допускают в определенных пределах регулирование тока и времени срабатывания.

Универсальные автоматические выключатели могут иметь различные системы управления и комбинацию видов защиты по току и напряжению.

Установочные автоматы – это автоматические выключатели, имеющие только максимальную защиту по току.

Любой автоматический выключатель состоит из следующих основных частей: контактной системы, системы дугогашения, привода, механизма свободного расцепления, расцепителей и коммутаторов с вспомогательными контактами замедлителей.

Контактная система – наиболее ответственная часть токоведущей цепи автомата, которая длительное время находится под током и при этом должна быть способной отключить цепь при перегрузках и коротких замыканиях. Конструктивное выполнение контактной системы зависит от номинального тока, на который она рассчитана. При токах до 200 А обычно применяется одноступенчатая контактная система с одной парой контактов, при больших токах – двух- и трехступенчатые с двумя и тремя парами контактов.

При включении автомата, имеющего, например, трехступенчатую контактную систему, сначала замыкаются дугогасительные, затем – предварительные и уже потом – главные контакты.

Дугогасительная система служит для гашения дуги при отключении во всех режимах работы автоматического выключателя.

В установочных и универсальных автоматических выключателях обычно применяются камеры с дугогасительными решетками из стальных пластин, обеспечивающих гашение дуги при токе до 40 кА переменного тока 200 В или до 20 кА постоянного тока 440 В.

Привод автоматического выключателя служит для его включения. Судовые выключатели выполняются с ручным, электромагнитным и электродвигательными приводами. Электромагнитный и электродвигательный приводы могут быть постоянного и переменного токов и используются при дистанционном включении выключателя. Выключатель в этом случае отключается вручную кнопкой, воздействуя на механизм свободного расцепления или независимый расцепитель.

Механизм свободного расцепления предназначен для обеспечения возможности отключения автоматического выключателя расцепителями в том случае, когда привод удерживает его во включенном положении. При этом нарушается связь между приводом и контактной системой и контакты переходят в отключенное положение под действием отключающих пружин. Благодаря наличию механизма свободного расцепления автоматические выключатели при возникновении ненормальных условий в цепи отключаются при включенном положении привода и после этого не могут самопроизвольно включиться, несмотря на то, что привод находится в положении включения.

Расцепители – это элементы управления или защиты, которые, воздействуя на механизм свободного расцепления, отключают автоматический выключатель. В зависимости от выполняемой ими функции бывают:

максимальные расцепители – элементы защиты по току или напряжению, соответственно отключающие выключатель при достижении током или напряжением значений выше допустимых;

минимальные расцепители – элементы защиты обычно по напряжению, отключающие автоматический выключатель при снижении напряжения до значения ниже допустимого;

независимые расцепители – элементы управления, отключающие автоматический выключатель при подаче на них питания. Независимые расцепители можно использовать для дистанционного отключения выключателя или в качестве исполнительных элементов какого-либо вида защиты, например, по максимальной мощности, обратной мощности и т. д. В минимальных и независимых расцепителях обычно используются электромагниты, а в максимальных, кроме того, еще и биметаллические элементы.

Для создания выдержки времени между электромагнитом и механизмом расцепления размещается тот или иной замедлитель (часовой механизм, воздушный или гидравлический замедлитель и т. д.).

Биметаллические элементы осуществляют выдержку времени вследствие своих инерционных свойств по нагреву, которая имеет обратную зависимость от тока.

Коммутатор со вспомогательными контактами служит для осуществления необходимых коммутаций в цепях управления, защиты и сигнализации. Вспомогательные контакты коммутатора могут быть замыкающими и размыкающими.

В качестве примера рассмотрим автоматический воздушный выключатель серии АВМ (рис. 82), который предназначен для установки в различных устройствах, в том числе и в судовых. Выключатели этой серии выпускаются на номинальные токи 400, 1000, 1500 и 2000 А и могут быть селективными и неселективными. По способу установки автоматические выключатели бывают стационарными и выдвижными и предназначены для работы в различных климатических условиях.

Рис. 82. Автоматический воздушный выключатель серии АВМ

Выключатели серии АВМ классифицируются по основному исполнению независимого расцепителя или минимального расцепителя напряжения, исполнению привода и исполнению специального расцепителя. Максимальные расцепители тока допускают регулирование уставки тока и времени срабатывания. Номинальные значения токов максимальных расцепителей 120–2000 А. Минимальный расцепитель напряжения изготовляется без замедления времени срабатывания. Независимый расцепитель работает в кратковременном режиме.

Выключатели имеют свободные контакты для переключения цепей управления и сигнализации. Электродвигательный привод выключтателя работает в диапазоне 85–110% номинального напряжения. Контактная система главной цепи в нормальном положении разомкнута. Для включения выключателя служит привод, который может быть ручным, рычажным и электродвигательным. После включения контактная система замыкается.

Выключатель отключается под действием максимальных расцепителей тока, независимого расцепителя, минимального расцепителя напряжения, вручную кнопкой отключения, рычажным приводом или рукояткой (при отсутствии кнопки отключения).

Выключатели изготовляются двухполюсными для постоянного тока и трехполюсными для переменного. Выключатель (см. рис. 82) состоит из механизма свободного расцепления 1, контактной системы главной цепи 2, дугогасительного устройства 3, расцепителей 4,привода 5,системы вспомогательных контактов 6.

По виду расцепителей выключатели изготовляются с максимальными расцепителями тока; с минимальными расцепителями напряжения (кроме селективных выключателей) для защиты при снижении напряжения; с независимым расцепителем для оперативных отключений; со специальным расцепителем, который всегда должен присоединяться к главной цепи выключателя со стороны источника напряжения. Этот специальный расцепитель обеспечивает отключение выключателя без выдержки времени при включении его на короткое замыкание.

По сочетанию видов расцепителей выключатели бывают с максимальными расцепителями тока и независимым расцепителем; максимальными расцепителями тока и минимальным расцепителем напряжения.

По способу установки и присоединения внешних проводников выключатели могут быть стационарными с передним присоединением и выдвижными с задним присоединением.

Выводы главной цепи выключателей рассчитаны на присоединение шин медных или алюминиевых с защитным металлическим покрытием. Выключатели серий АВМ4Н и АВМ4С допускают присоединение одного провода с кабельным наконечником.

Другим примером могут быть установочные автоматические выключатели серий AЗ100, АЗ300, АЗ500 и АЗ700. Эти выключатели предназначены для защиты электрических установок при перегрузках и коротких замыканиях, а также для нечастых оперативных коммутаций (включений и выключений) электрических цепей. Установочные автоматические выключатели этих серий имеют аналогичные конструкции, ручное управление со свободным расцепителем и различные расцепители.

Автоматические выключатели АЗ300 выполняются двух- и трехполюсными четырех исполнений: первое и второе – на ток до 100 А, третье – до 200 В и четвертое – 400 А – и предназначаются для использования в цепях переменного тока частотой 50 Гц и напряжением до 400 В и в цепях постоянного тока напряжением до 320 В.

Установочные выключатели данной серии изготовляются с электромагнитными и комбинированными расцепителями максимального тока. Комбинированный расцепитель имеет в своем составе два элемента: один электротепловой, срабатывающий с обратно зависимой от тока выдержкой времени при перегрузках, другой электромагнитный, срабатывающий без выдержки времени при токах короткого замыкания. Электромагнитный расцепитель имеет только один электромагнитный элемент мгновенного действия.

Кроме того, выключатели серии АЗ300 могут иметь независимый расцепитель и вспомогательные контакты, а также вообще не иметь никаких расцепителей для применения в качестве неавтоматических.

Автоматические выключатели серии АЗ100 близки по своим параметрам и габаритным размерам к выключателям серии АЗ300. При использовании их в цепях постоянного и переменного токов частотой 50 Гц они имеют почти одинаковые технические данные. Однако при напряжении 320 В постоянного тока следует применять выключатель АЗ300. Кроме того, выключатели AЗ100 имеют меньше вариантов уставок по току электромагнитных расцепителей.

Автоматические выключатели серии АЗ500 следует применять там, где необходимо обеспечить селективность защиты.

Автоматические выключатели серии АЗ700 рассчитаны на более высокие параметры электрической энергии: до 440 В постоянного тока и до 660 В переменного тока частотой 50 Гц.

Автоматический выключатель серии АЗ700 (рис. 83) имеет основание 1 из пластмассы, на котором смонтированы все части выключателя; крышку 2,рукоятку 3 и выводы 4. Они обладают наилучшими коммутационными свойствами и характеристиками защитного устройства, но по механической прочности уступают выключателям серий АЗ300, АЗ500.

Кроме автоматических выключателей серий АЗ000, на судах речного флота достаточно широко распространены автоматические выключатели серии АК50 (рис. 84). Они имеют ручной привод, рассчитаны для работы в цепях переменного тока частотой 50 или 400 Гц и напряжением до 400 В, а также в цепях постоянного тока напряжением до 320 В.

Рис. 83. Автоматический воздушный выключатель серии АЗ700	Рис. 84. Автоматический воздушный выключатель серии АК50 1 – электрические выводы; 2 – корпус; 3 –рукоятка управления

Автоматические выключатели переменного тока выпускаются двух- и трехполюсными и могут иметь электромагнитные расцепители с гидравлическими замедлителями и электромагнитные расцепители без замедлителей на токи отсечки пяти-, семи- и десятикратного значения от номинального тока расцепителя.

Автоматические выключатели постоянного тока выпускаются с электромагнитными расцепителями и гидравлическими замедлителями или без замедлителей на пятикратный от номинального значения ток отсечки. Номинальные токи отсечки выключателей серии АК50 составляют 0,6–50,0 А. Эти выключатели также выпускаются без расцепителей на номинальный ток 50 А.