Автоматические выключатели

Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для автоматической защиты электрических установок от недопустимых перегрузок и токов короткого замыкания, а также для нечастых включений и отключений электрической цепи при нормальных условиях работы. Общий вид автоматического выключателя показан на рис. 6.8.

По принципу действия автоматический выключатель представляет собой первичное реле прямого действия (рис.6.9). За счет усилия F_п, создаваемого пружиной 2, автомат удерживается во включенном состоянии защелкой 1. Ток защищаемого электродвигателя, протекая по обмотке электромагнита 4, создает усилие F_э, которое стремится притянуть якорь 3 к электромагниту. Если ток в обмотке электромагнита достигает значения, при котором усилие F_э становится больше силы F_п, то якорь 3, притянувшись к электромагниту, повернет защелку вверх и освободит рычаг 5. Под действием пружины 6 произойдет размыкание контактов QF.

Рис.6.8. Общий вид автоматического выключателя

Рис.6.9. Принципиальная схема работы автоматического выключателя: 1 – защелка; 2 – пружина; 3 – якорь; 4 – обмотка электромагнита; 5 – рычаг; 6 – отключающая пружина

Устройство, воздействующее на защелку автомата, называется расцепителем. В зависимости от исполнения автомат может быть укомплектован одним или несколькими типами расцепителей: электромагнитными, тепловыми, дистанционными, нулевыми или комбинированными (тепловой с электромагнитным).

Контактная система автоматов снабжена дугогасительными камерами и рассчитана на отключение достаточно больших токов. Поэтому автоматы используются не только для коммутации электрической цепи в нормальных режимах, но и для защиты электроустановок при перегрузках и коротких замыканиях.

Применение автоматических выключателей вместо плавких предохранителей дает следующие преимущества:

- устраняется возможность работы электродвигателя в неполнофазном режиме, т.к. при перегрузках и коротких замыканиях отключаются сразу три фазы;

- значительно снижаются простои электрооборудования, т.к. на включение сработавшего автомата требуется меньше времени, чем на замену перегоревшего предохранителя;

- время-токовые характеристики автоматов защиты от перегрузок более соответствуют защищаемому электрооборудованию, чем время-токовые характеристики предохранителей.

Наибольшее распространение в электроустановках получили автоматы серии ВА51, АП50Б, АК63 и др.

Автомат АП50Б состоит из основания, группы главных контактов, дугогасительных камер, электромагнитного и теплового расцепителей, кнопок «Пуск» и «Стоп». Тепловые расцепители защищают электроустановки от тока перегрузки, электромагнитные – от тока короткого замыкания, размыкая главные контакты через механизм расцепления. Тепловые расцепители, как правило, регулируемые, электромагнитные – нерегулируемые. Марка автомата АП50-2М3ТН расшифровывается так: АП – тип автомата, 50 – максимальный ток главных контактов (А), 2 – число электромагнитных (М) расцепителей; 3 –число тепловых (Т) расцепителей; Н – один расцепитель минимального напряжения.

Автоматические выключатели серии ВА51 предназначены для установки в электрических цепях напряжением до 660 В переменного тока, для защиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий, нечастых пусков (до 30 включений в час) и остановок асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также для оперативных включений и отключений электрических нагрузок.

В паспортных данных каждого типа автомата указывается значение его номинального тока, т.е. такого тока, при котором автомат может работать в течение неограниченного времени; приводятся данные о тепловых расцепителях, которыми комплектуется автомат, а также номинальный ток этих расцепителей.

При выборе автоматических выключателей для электродвигателя необходимо соблюдать следующие условия:

1) номинальное напряжение автоматического выключателя U_ав должно быть равно напряжению электрической сети U_c или превышать его:

U_ав ≥ U_c ; (6.5)

2) номинальный ток автоматического выключателя I_н.ав должен быть равным номинальному току электродвигателя I_н.дв. или превышать его:

I_н.ав. ≥ I_н.дв.; (6.6)

3) номинальный ток теплового и электромагнитного расцепителя должен быть равен номинальному току электродвигателя или быть немного больше его с последующим регулированием тока установки теплового расцепителя на номинальный ток электродвигателя:

I_н.расц ≥ I_н.дв , (6.7)

где I_н.расц – номинальный ток электромагнитного расцепителя4

4) ток отсечки электромагнитного расцепителя I_{отс.расц} должен составлять не менее 1,25-1,6 пускового тока I_пуск электродвигателя:

I_{отс.расц} ≥ (1,25...1,6)I_пуск. (6.8)

В помещениях с нормальными условиями среды (сухие, отапливаемые, сухие неотапливаемые) автоматы защищенного исполнения должны устанавливаться без дополнительных защитных устройств. Автоматы открытого исполнения должны устанавливаться в шкафах и ящиках. В сырых и особо сырых помещениях с влажностью 100% должны применяться автоматы защищенного исполнения, а при наличии в воздухе еще и примесей аммиака – автоматы тропического исполнения.

Для защиты осветительных цепей применяют резьбовые пробочные автоматы, которые вворачивают в корпус резьбового предохранителя типа Е27 вместо тепловой вставки (пробки). При перегрузке или коротком замыкании контакты пробочного автомата отключают линию.

Тепловые реле

Тепловые реле предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от перегрузок. Основной рабочий орган теплового реле – биметаллическая пластина, которая при нагреве изгибается и переводит контактную систему в отключенное состояние.

На рис.6.10 приведена конструктивная схема реле, которое состоит из четырех основных элементов: нагревателя 1, включаемого последовательно в защищаемую от перегрузки цепь; биметаллической пластинки 2 из двух спрессованных металлических пластин с различными коэффициентами линейного расширения; системы 3-7 рычагов и пружин; контактов 8 и 9.

Рис.6.10. Схема теплового реле: 1 – нагреватель; 2 – биметаллическая пластинка; 3 – регулировочный винт; 4 – защелка; 5 – рычаг; 6 – пружина; 7 – кнопка возврата; 8 – подвижный контакт; 9 – неподвижный контакт; 10 – узел крепления нагревателя

Когда через нагреватель 1 проходит ток, превышающий номинальный ток электродвигателя, то нагреватель выделяет такое количество теплоты, что незакрепленный (на рисунке верхний) конец биметаллической пластинки 2 изгибается влево и рычагом 5 нажимает на защелку 4 и выводит ее из зацепления. В этот момент под действием пружины 6 подвижный контакт 8 поднимается, размыкаются контакты 8 и 9 и разрывают цепь управления магнитного пускателя. Кнопка 7 служит для ручного возврата рычага 5 в исходное положение после срабатывания реле.

Все пускатели типа ПМЛ закрытого исполнения комплектуются тепловыми реле типа РТЛ, имеющими регулировку тока срабатывания примерно в пределах 25% и выпускаются на номинальные токи 25, 80, 200 А.

Время срабатывания теплового реле при температуре окружающего воздуха 20±5⁰С и нагреве реле шестикратным номинальным током уставки срабатывания находится в пределах от 3 до 25 с.

Реле выбирают по условию

I_н.р ≥ I_н.дв (6.9)

где I_н.р – номинальный ток расцепителя.

Среднее значение тока нагревательного элемента I_н.э теплового реле определяют из соотношения

I_{н. дв}≤I_н.э<1,25I_н.дв . (6.10)