4. Изучение автоматических выключателей

В курсе «Электрические и электронные аппараты» по данной теме проводится лабораторная работа 4. В ходе работы студенты изучают конструкцию и принцип действия автоматических воздушных выключателей (АВ), применяемых в системах электроснабжения. Анализируются технические характеристики АВ. Продолжается изучение времятоковой характеристики срабатывания (защитной характеристики) электрического аппарата на основе расцепителей АВ. Изучаются защитные характеристики АВ с различными видами расцепителей и особенности согласования (координации) защитных характеристик тепловых реле и характеристик АВ. Рассматриваются схемы включения АВ в силовых цепях и в цепях управления электроприемниками и способы построения время-токовых характеристик АВ по их паспортным данным.

1. Общие сведения. Выключатели нагрузки и разъединители

Основными аппаратами распределения электрической энергии являются коммутационные электрические аппараты, т.е. устройства, предназначенные для включения или отключения тока в одной или нескольких электрических цепях. Такие устройства выполнены как контактные коммутационные аппараты, в которых электрическая цепь оказывается в замкнутом или разомкнутом состоянии в результате операции замыкания или размыкания перемещающихся друг по отношению к другу электрических контакт-деталей. Контакт-детали вместе с другими токопроводящими частями, предназначенными для установления непрерывности цепи при их соприкосновении и в процессе их движения относительно друг друга во время оперирования называют просто электрическим контактом коммутационного аппарата. Коммутационные аппараты могут выполнять разнообразные, определяемые стандартами функции, такие как управление, разъединение (секционирование), зашита, сигнализация и др. Выполняемые функции определяют тип коммутационного аппарата.

Включать, проводить и отключать токи в нормальных условиях может коммутационный аппарат, называемый выключателем. Выключатель может выполнять эти операции при оговоренных рабочих перегрузках. Выключатель реализует управление потоком электрической энергии от сети к потребителю.

Контактный коммутационный аппарат, в разомкнутом положении отвечающий требованиям к функции разъединения, называют разъединителем. Функция разъединения, которую называют еще гарантированным отключением или «видимый разрыв», подразумевает наличие обязательной индикации разомкнутого и замкнутого положения контактов аппарата, а также способность изоляционного промежутка и всей электрической изоляции аппарата выдерживать оговоренные импульсные перенапряжения. Оба эти условия обеспечивают достаточную безопасность работ на отключенной электроустановке. Разъединитель обычно не предназначен для оперирования при протекании тока (при выключении) и при наличии напряжения на разомкнутых контактах (при включении). Размыкание контактов разъединителя должно производиться, как правило, при обесточенной цепи, а замыкание без наличия напряжения на разомкнутых контактах.

При коротких замыканиях в сети и выключатель, и разъединитель должны проводить ток в течение установленного времени. Ток КЗ, который разъединитель или выключатель может проводить заданное время, называют наибольшим кратковременным током и обозначают его допустимое значение для данного аппарата как I_cw. Обычно изготовители задают этот ток для времени 0,5; 1 или 3 с. В технической документации часто это допустимое значение именуют «сквозным током КЗ».

Управление и разъединение могут быть объединены в одном аппарате, который называется выключатель-разъединитель. Выключатели, разъединители и выключатели-разъединители с ручным приводом могут быть конструктивно объединены с предохранителями. Такие комбинированные ЭА стали широко применяться в последние десятилетия, поскольку при простоте и дешевизне обеспечивают совмещение функций разъединения, управления и защиты от токов перегрузки и КЗ.

На электрических схемах распределения электрической энергии применяют различные изображения упомянутых выше аппаратов, что позволяет, даже не обращаясь к спецификации, знать выполняемые функции аппарата. Разнообразие некоторых рассмотренных аппаратов представлено на рис. 4.1.

Предохранитель - выключатель-разъединитель, представленный поз. 5 на рис.4.1, - это выключатель-разъединитель, у которого плавкая вставка или держатель с плавкой вставкой образуют подвижный контакт. Обычно при размыкании такого аппарата плавкая вставка становится доступной для замены. ГОСТ 2755-87 предусматривает специальные квалифицирующие символы, поясняющие принцип работы коммутационного ЭА. Так нанесение наклонного перекрестия на условном графическом изображении коммутирующего контакта (поз. 6 на рис.4.1) указывает на то, что это выключатель.

Рис. 4.1. Схемные изображения коммутационных аппаратов: 1 - разъединитель; 2 – выключатель без самовозврата; 3 - выключатель-разъединитель; 4 - выключатель-разъединитель-предохранитель; 5 - предохранитель-выключатель-разъединитель; 6 – выключатель

Выключатели-разъединители изготавливаются с ручным приводом и могут выполняться на базе более сложных ЭА, таких как автоматические выключатели, лишенных функции защиты, но с реализованной возможностью дистанционного или даже автоматического оперирования. Такие выключатели часто поставляются под именем «включатели нагрузки». Широко распространенные простейшие коммутационные аппараты, называемые рубильниками, чаще всего относятся к разъединителям. Если их снабжают дугогасительными камерами, то рубильник может при некоторых напряжениях выполнять функцию выключателя-разъединителя.

Выключатель не приспособлен для отключения токов КЗ, но может включать их. В этом случае изготовитель должен задать в наборе характеристик аппарата номинальную включающую способность в условиях короткого замыкания I_cm.

Разъединители, выключатели и выключатели-разъединители обычно выпускают для номинальных токов до 2 500 А при напряжениях до 690 В. Выключатели нагрузки на базе автоматических выключателей могут иметь номинальные токи до 6 300 А.