1.3. Автоматические выключатели

Автоматические выключатели (в просторечии – «автоматы») являются более совершенными, но и более дорогими защитными устройствами по сравнению с предохранителями. Они предназначены для автоматического отключения электрических цепей при КЗ и в других ненормальных режимах (связанных с перегрузками или снижениями напряжения), а также для нечастых включений-отключений токов нагрузки в нормальном режиме работы.

Отключение выключателя выполняется встроенным в него автоматическим устройством – расцепителем. Причем, конструкцией может предусматриваться наличие нескольких типов расцепителей:

- максимального электромагнитного расцепителя – для мгновенно-

го отключения токов КЗ;

- теплового (биметаллического) – для отключения плавно нарас-

тающих токов перегрузки с выдержкой времени;

- минимального – для отключения защищаемой цепи при сниже-

нии или исчезновении напряжения.

Принципиальная кинематическая схема автоматического выключателя приведена на рис. 6.3. В ней можно различить следующие основные элементы: контакты с дугогасительной системой; привод; механизм свободного расцепления; расцепители; вспомогательные контакты.

Контакты автоматов должны без перегрева длительно пропускать номинальные токи и выдерживать воздействие дуги при отключении токов КЗ. В автоматах на небольшие токи предусматривается одна пара контактов. В более мощных применяют две пары контактов – главные 3,4 и дугогасительные 2. В нормальном режиме основная часть тока проходит по главным контактам, выполненным из меди, серебра или его сплавов. При отключении сначала размыкаются главные контакты, а затем дугогасительные, на которых и гасится дуга.

При протекании токов КЗ между контактами создается электродинамическое усилие, стремящееся разомкнуть контакты. Чтобы компенсировать эту силу, шинки 1 изогнуты петлей. В результате токи в шинках имеют разное направление, что создает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах 2 (рис. 6.3).

Дугогасительная система автомата предназначена для гашения дуги, возникающей при отключении автомата. Широко применяют дугогасительные камеры со стальными пластинами (эффект деления длинной дуги на короткие). При больших отключаемых токах применяют продольно-щелевые и лабиринтно-щелевые камеры, где использован эффект гашения дуги в узкой щели. Материал камеры должен обладать высокой дугостойкостью.

Приводы автоматов могут быть ручными и дистанционными. В первом случае включение производится поворотом рукоятки 12. Во втором случае воздействие осуществляется электромагнитом 11 или специальным электродвигателем. Возможно применение пневматического привода. Отключение автоматов происходит под действием отключающих пружин 14 при срабатывании механизма свободного расцепления.

Механизм свободного расцепления обеспечивает отключение автомата в любой момент времени, в том числе (при необходимости) и в процессе включения. Он состоит из шарнирно связанных рычагов 13 и опоры. При включении движение от рукоятки 12 передается через рычаги 13 контактному рычагу 15, которые замыкает сначала дугогасительные (2), а затем главные (3, 4) контакты. Когда автомат включен, рычаги 13 встают в «мертвое положение», опора не позволяет им переместиться вниз.

Если произойдет включение на существующее КЗ., то от действия расцепителя 8 механическая связь «сломает» рычаги 13 по шарнирному соединению O3 и под действием отключающей пружины 14 контактная система переместится влево, произойдет отключение.

Биметаллический (тепловой) расцепитель 5 получает тепло от нагревателя 7, присоединенного к сети через шунт 6. При нагревании биметаллическая пластина, состоящая из двух металлов, изгибается и передает усилие тяге, ломающей рычаги свободного расцепления. С помощью теплового расцепителя осуществляется защита от перегрузки. Время срабатывания зависит от тока перегрузки: чем больше ток, тем быстрее нагревается биметаллическая пластина, и скорее происходит отключение.

Благодаря значительной тепловой инерции тепловые расцепители не реагируют на пусковые токи электродвигателей.

Максимальный расцепитель 8 состоит из катушки и сердечника. Когда по катушке протекает ток КЗ, сердечник создает усилие, ломающее рычаги 13, что приводит к отключению автомата. Ток срабатывания максимального расцепителя можно регулировать. Кроме того, максимальный расцепитель может быть снабжен механизмом выдержки времени, зависящей или не зависящей от тока. Такие расцепители позволяют осуществить селективную защиту.

Минимальный расцепитель 9 отключает автомат при недопустимом снижении напряжения, а независимый 10 – при дистанционном отключении автомата кнопкой SB.

Вспомогательные контакты (блок-контакты) механически связаны с главными контактами и используются в цепях управления, сигнализации и блокировки.

1.4. Конструктивное исполнение автоматических выключателей

В настоящее время наиболее распространенными являются автоматические выключатели напряжением 220/380 В, выпускаемые отечественной промышленностью:

- серии АЕ одно- и трехполюсные селективные выключатели мгновенного действия на токи от 16 до 160А;

- серии АП-50 – двух- и трехполюсные выключатели с максимальными и тепловыми расцепителями на токи от 4 до 63 А;

- серии АВ – различных номиналов;

- серии «Электрон» – для защиты мощных распределительных сетей напряжением до 660 В и током 630-4000 А.

Назначение и особенности конструктивного исполнения выключателя, как правило, отражены в его маркировке. Рассмотрим их более подробно.

1) Автоматы серии АЕ

Автоматические выключатели широкого применения. Используются для защиты распределительных сетей 220/380В в жилых и общественных зданиях. Выпускаются одно- и трех- полюсные выключатели с электромагнитным, тепловым и комбинированным расцепителем. Номинальные токи – до 63 А.

Структура условного обозначения:

АЕ 1031 – выключатель автоматический, номер разработки 10, номинальный ток 25 А, без свободных контактов.

АЕ 2043 – выключатель автоматический, номер разработки 20, номинальный ток 63 А, трехполюсный с электромагнитным максимальным расцепителем;

АЕ 2056 – выключатель автоматический, номер разработки 20, номинальный ток 100 А, трехполюсный с электромагнитным и тепловым максимальными расцепителями тока.

2 ) Автомат серии АП-50 – автоматический выключатель широкого применения. Используется для защиты потребителей в жилых и общественных зданиях от токов перегрузки и короткого замыкания, нечастых (до 30 в час) оперативных включений и отключений этих цепей, а также защиты, пуска и отключения (до 12 в час) электродвигателей. Характерной особенностью является наличие на корпусе кнопок «включено - отключено» и повышенная степень защиты контактов. За счет оригинальной конструкции и отработанной технологии является самым дешевым автоматическим выключателем в своем классе.

3) Автоматические выключатели серии ВА предназначены для защиты электрических цепей от перезагрузок и коротких замыканий, а также для оперативных включений и отключений этих цепей (в том числе асинхронных двигателей) и проведения тока в номинальном режиме.