Автоматические воздушные выключатели (автоматы)

Автоматы предназначены для включения и отключения низковольтных цепей в нормальном режиме, для защиты от токов перегрузки и токов короткого замыкания, а также при недопустимых снижениях напряжения. По сравнению с предохранителями автоматические выключатели являются более совершенными аппаратами и обладают рядом преимуществ: после срабатывания автоматический выключатель готов к быстрому повторному включению, в то время как в предохранителе требуется замена калиброванной плавкой вставки; более точные защитные характеристики; совмещение функций коммутации электрических цепей и их защиты; наличие у некоторых автоматов независимых расцепителей, позволяющих осуществлять дистанционное отключение электрической цепи и др. Кроме того, автоматы при повреждении сети отключают все три фазы, что очень важно для нормальной работы электродвигателей, так как при защите двигателя предохранителями перегорание одного из них может привести к ненормальному (неполнофазному) режиму работы двигателя.

В отличие от предохранителей в автоматических выключателях не применяется какой-либо специальной среды для гашения дуги. Дуга гасится в воздухе, поэтому автоматические выключатели называются воздушными.

Автоматический выключатель характеризуют следующие показатели:

· номинальное напряжение U_н.а – максимальное напряжение постоянного или переменного тока, указанное в паспорте, равное напряжению электрической сети, для работы в которой этот автомат предназначен;

· номинальный ток автомата I_н.а. – максимальный длительный ток его главных контактов, при протекании которого автомат может длительно работать без повреждений;

· номинальный ток расцепителя I_н.р. – максимальный длительный ток, указанный в паспорте, длительное протекание которого не вызывает срабатывание расцепителя;

· ток срабатывания автомата I_ср.а. (или ток трогания) – наименьший ток, при протекании которого автомат (расцепитель) отключает электрическую цепь;

· предельный ток отключения I_пр.а. – наибольший ток, при котором автомат отключает электрическую цепь;

· ток уставки расцепителя I_у – наименьший ток срабатывания расцепителя, на который тот настраивается;

· ток уставки мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя I_у.эм.р, называемый током отсечки.

В зависимости от наличия механизмов, регулирующих время срабатывания расцепителей, автоматы делят на неселективные (неизбирательные), с временем срабатывания 0,02 ÷ 0,1 с; селективные (избирательные) с регулируемой выдержкой времени (обычно в пределах 0,2÷0,6 с) и токоограничивающие, с временем срабатывания не более 0,005 с.

Автоматы выпускают в одно-, двух- и трехполюсном исполнении для сетей переменного и постоянного тока, выдвижными (с втычными контактами, расположенными с обратной стороны панели автомата) и невыдвижными (с передним присоединением).

В осветительных сетях 220 ÷ 380 В, имеющих заземленную нейтраль, желательно применение однополюсных автоматов. В этом случае при замыкании на землю возможно отключение только трети всех приемников.

Управление автоматами может быть ручным или дистанционным.

На рисунке 6.5 показано устройство автоматического выключателя.

Основными элементами автоматов, выполняющими его защитные функции при анормальных режимах в цепи, являются расцепители, при срабатывании которых автомат отключается мгновенно или с выдержкой времени. Автоматический выключатель может иметь один или несколько расцепителей. На рисунке 6.5 показано устройство автоматического выключателя   1 – дугогасительная решетка; 2, 5, 14 – элементы механизма свободного расцепителя; 3 – рукоятка; 4 - отключающая пружина; 6 - пружина; 7 - собачка расцепителя; 8 - термобиметаллический элемент; 9 - якорь электромагнита; 10 - сердечник электромагнита; 11 – шинка расцепителей; 12 – гибкий проводник; 13 – ось; 15 – подвижный контакт; 16 – неподвижный контакт; 17 – шина; 18 – крышка; 19 – основание Рисунок 6.5 – Устройство автоматического выключателя

По принципу действия расцепители разделяются на электромагнитные и электротермические (тепловые).

Автоматические выключатели могут снабжаться следующими встроенными расцепителями:

· электротермическим расцепителем, представляющим собой биметаллическую пластинку, имеющую обратно зависимую от тока выдержку времени (характеристику), с его помощью осуществляется защита от перегрузки (рисунок 6.6, а);

· электромагнитным или электронным расцепителем максимального тока, представляющим собой электромагнит, срабатывающим мгновенно или замедленного действия. Осуществляет защиту при коротких замыканиях или при значительных сверхтоках (рисунок 6.6, б);

· комбинированным расцепителем, осуществляющим защиту, как от перегрузок, так и от токов короткого замыкания (рисунок 6.6, в);

· расцепителем минимального напряжения, срабатывающим тогда, когда напряжение на катушке становится меньше заданного;

· независимым (дистанционно управляемым) расцепителем, срабатывающим без выдержки времени, когда на его катушку подано напряжение. Независимые расцепители применяются для дистанционного или местного отключения автоматического выключателя и для автоматического отключения выключателя при срабатывании внешних защитных устройств.

· расцепителем тока утечки, срабатывающим при всех токах, представляющих опасность для деятельности сердца человека.

а) б) в)

Рисунок 6.6 – Ампер - секундные характеристики расцепителей автоматических выключателей

На рисунке 6.7 представлены различные виды расцепителей, условно показанные для одного автоматического выключателя.

а – тепловой расцепитель; б – электромагнитный расцепитель; в – расцепитель минимального

напряжения; г – независимый расцепитель; 1 – катушка; 2 – биметаллическая пластина;

3 – нагреватель; 4 – шунт; 5 – сердечник; 6 – пружина; 7 – кнопка

Рисунок 6.7 – Принцип работы различных расцепителей автоматических выключателей

Тепловой (обычно биметаллический) или электронный инерционный расцепитель максимального тока с зависимой от тока выдержкой времени. Эти расцепители осуществляют защиту от перегрузки цепи. Тепловой расцепитель состоит из биметаллической пластинки, выполненной из двух металлов с разными коэффициентами линейного расширения. Тепловой расцепитель (рисунок 6.7, а) срабатывает за счет изгибания биметаллической пластины 2, получающей тепло от нагревателя 3, присоединенного к сети через шунт 4, и воздействующей на отключающий механизм автоматического выключателя. Защитная характеристика теплового расцепителя подобна характеристике предохранителя.

Защиту электромагнитным или электронным расцепителем максимального тока мгновенного срабатывания с независимым от тока временем срабатывания (рисунок 6.7, б) иногда называют отсечкой. Она осуществляет защиту от токов к.з., превышающих 6÷10 – кратные значения номинального тока электрической цепи. Расцепитель максимального тока состоит из катушки 1 и сердечника 5. Когда по катушке протекает ток к.з., сердечник создает механическое усилие, что приводит к отключению автоматического выключателя. Ток срабатывания расцепителя максимального тока можно регулировать. Расцепитель может быть снабжен механизмом выдержки времени, зависимой или независимой от тока. Такие расцепители позволяют осуществить селективную защиту.

Расцепитель минимального напряжения (рисунок 6.7, в) состоит из катушки 1 с сердечником 5 и пружины 6 и срабатывает при недопустимом снижении напряжения в цепи (30÷50% U_ном). Такие расцепители применяют для электродвигателей, самозапуск которых нежелателен при самопроизвольном восстановлении питания. Защита от минимального напряжения применяется обычно в комплекте с устройствами автоматического включения резерва (АВР), а также для отключения отдельных электроприемников или их групп, не допускающих самозапуска и работы при пониженном напряжении, и при перерыве питания для обеспечения надежного самозапуска ответственных приемников.

Независимый расцепитель (рисунок 6.7, г) служит для дистанционного отключения автоматического выключателя кнопкой 7 и для автоматического отключения цепи при срабатывании внешних защитных устройств.

Первые два расцепителя максимального тока устанавливаются во всех фазах автоматического выключателя, остальные – по одному на выключатель.

Расцепитель тока утечки применяется для быстрого отключения участков сети, в которых из-за нарушения изоляции или прикосновения людей к проводам возник ток утечки на землю. Назначением защиты от токов утечки (защитного отключения) является предотвращение несчастных случаев с людьми, попавшими под напряжение, а также предотвращение возникновения огня в месте нарушения изоляции. Ток уставки расцепителя обычно выбирается в пределах 10÷30 мА. Отключение тока должно происходить настолько быстро, чтобы проходящий через тело человека ток не мог вызвать фибрилляции сердца. В зависимости от напряжения сети время отключения выключателя обычно выбирается в пределах 10÷100 мс. Если назначением защиты от тока утечки является предотвращение возникновения очага пожара в месте нарушения изоляции, то ток срабатывания расцепителя тока утечки достаточно выбрать 100÷500 мс. Время срабатывания расцепителей тока утечки обычно не регулируется, поэтому такие выключатели устанавливаются, как правило, только на одной (обычно последней) ступени сети. В пределах допускаемого времени отключения (до 100 мс при напряжении 380 В) возможно применение также избирательной защиты на двух ступенях сети.

Расцепитель тока утечки применяется в специальных автоматических выключателях тока утечки, а также в качестве дополнительного расцепителя в автоматических выключателях максимального тока, если быстродействие механизма отключения выключателей удовлетворяет требованиям, предъявляемым к защите от тока утечки.

На рисунке 6.8 представлена схема включения расцепителя тока утечки в четырехпроводной сети низкого напряжения.

Технические характеристики некоторых автоматов приведены в таблице 6.2.

Автоматические выключатели серии АВМ имеют невысокую коммутационную способность, ограниченную возможность регулирования защитных характеристик и недостаточные токи и напряжения. С целью устранения этих недостатков были разработаны двух- и трехполюсные автоматические выключатели серии Э – «Электрон». Расцепители максимального тока имеют полупроводниковый блок защиты. Они исполняются мгновенного и замедленного действия с регулировкой уставок.

а – схема; б – характеристика срабатывания; 1 – контакты автоматического выключателя;

2 – трансформатор тока утечки; 3 – расцепитель тока утечки; 4 – трехфазный приемник с

заземляемым корпусом; 5 – кнопка проверки исправной работы выключателя

Рисунок 6.8 – Принцип работы расцепителя тока утечки

Автоматические выключатели серии А3700, двух- и трехполюсные, рассчитаны на диапазон токов 160 ÷ 630 А. Для получения хороших защитных характеристик в конструкции выключателя применен блок защиты на полупроводниковых приборах, получающий сигнал от измерительного органа и передающий команду на отключение независимому электромагнитному расцепителю. Выключатели выпускают токоограничивающими и избирательными.

Автоматические выключатели серии АЕ-1000 выпускают однополюсными с тепловыми расцепителями и электромагнитными расцепителями с отключением без выдержки времени при токах более 18I_{ном.расц} и с комбинированными расцепителями. Основное назначение этих выключателей – защита осветительных сетей.

Серия одно-, двух- и трехполюсных автоматических выключателей АЕ-2000 с расцепителями максимального тока, с добавочными расцепителями и вспомогательными контактами в разных исполнениях предназначена для применения в промышленности.

Выключатели новых серий ВА предназначены для работы в сетях переменного и постоянного тока.

Выключатели серий ВА50 заменяют выключатели устаревших серий А3700, АЕ20 и другие, а также серий АВМ и «Электрон» на токи до 1600 А. Выключатели серии ВА75 полностью заменяют выключатели серии АВМ и «Электрон» до 4000 А. Уменьшенные габариты выключателей позволяют значительно сократить размеры комплектующих устройств (КТП, НКУ и т.п.).

ВА75 допускают включение в сеть по два на параллельную работу, тогда суммарный ток будет 5000 А (2´2500 А) и 6300 (2´4000 А). При этом обеспечивается нормальная защита при любом токораспределении между ними. Выключатели допускают перегрузку в аварийных режимах в течение 3 часов при условии, что перед этим они были нагружены не более чем на 0,7I_ном.

Таблица 6.2 - Технические характеристики некоторых автоматических воздушных выключателей

Тип	Uном, В	Число полюсов	Iном.а, А	Iном.расц, А
А3710	380, 660	2; 3		16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 110; 125; 160
А3720	380, 660	2; 3		160; 200; 500
А3730		2; 3		160 …. 400
А3740	380, 660	2; 3		250 … 630
АЕ1000				6; 10; 16; 25
АЕ2030	100, 200 220, 380, 500	1; 2		0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25
АЕ2040	110, 220 220, 500	1; 2		10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63
АЕ2050	110, 220 220, 380,500	1; 2		16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100
АВМ4	230, 440 440, 660			120; 150; 200; 250
АВМ10	230, 440 440, 660		750; 800; 1000	500; 600; 800; 1000
АВМ15	230, 440			800; 1000; 1200; 1500
АВМ20	230, 440 440, 660			1000; 1200; 1500; 200
Э06	380, 660	-	800, 1000	630; 800; 1000
Э40		-	4000; 5000; 6300	2500; 4000; 6300
ВА51Г-25	380, 660		0,3 ÷ 25	5 ÷ 25
ВА51-35		2; 3	80; 100; 125; 200; 250	6; 8; 10
ВА51-39	380, 660	2; 3		400; 500; 630
ВА53-41	380; 660	2; 3		250; 400; 630; 1000
ВА53-43		2; 3		1000; 1280; 1600
ВА75-47	440, 660	2; 3		2520; 2300; 4000

Дата добавления: 2014-01-04