§ 17. Автоматические воздушные выключатели, плавкие предохранители, путевые выключатели, микровыключатели и микропереключатели.

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) относятся к коммутационно-защитной аппаратуре, предназначенной для осуществления автоматической защиты электрических цепей от перегрузок, токов короткого замыка­ния и других ненормальных режимом, а также нечастой коммутации цепей.

В зависимости от конструкции и назначения автоматические воздушные выключатели разделяются на универсальные, установочные и специальные.

Универсальные автоматы устанавливают на ГЭРЩ, они обеспечивают размыкание электрических цепей при любых неисправностях и рассчитаны на большую силу тока до 10000 А при напряжении постоянного тока 440 В, переменного тока 500 В.

Установочные автоматы рассчитаны на меньшие токи, чем универсальные. Их устанавливают на ЭРЩ для защиты электрической цепи от токов перегруз­ки и короткого замыкания. Специальные автоматы обеспечивают один какой-либо вид защиты электрической цепи, рассчитаны на большие мощности и быстродействие.

Автомат любого типа состоит из следующих основных частей: контактной системы с дугогашением, механизма свободного расцепления, привода автомата, расцепителей и коммутатора.

Контактная система осуществляет коммутацию электрических цепей. Изготовляется одно-, двух и трехступенчатой. Одноступенчатая система имеет только главные контакты, двухступенчатая – главные и дугогасительные кон­такты, трехступенчатая – главные, предварительные и дугогасительные. При включении автомата с трехступенчатой контактной системой замыкаются сна­чала дугогасительные, затем предварительные и, наконец, главные контакты. При отключении автомата размыкание контактов происходит в обратной последовательности. Это обеспечивает возможно меньшее подгорание главных контактов. Для гашения дуги устанавливаются камеры с дугогасительными ре­шетками из стальных пластин.

Механизм свободного расцепления обеспечивает автоматическое отключение автомата при ненормальных режимах защищаемой цепи. На рис. 2.26 показан принцип действия механизма свободного расцепления. При срабатыва­нии автомата расцепитель 4 ударяет своим стержнем по «ломающимся» рыча­гам. Подвижный контакт 1 под действием отключающей пружины 2 отбрасыва­ется, что приводит к отключению автомата.

Привод автомата служит для его включения. Ручной привод бывает рычажным или маховичным. Электромагнитный и электромеханический приводы служат для дистанционного включения автомата.

Расцепители – это устройства, которые реагируют на изменение параме­тра защищаемой цепи и, воздействуя на механизм свободного расцепления, отключают автомат при ненормальном режиме. В зависимости от параметра электрической цепи, на который реагируют расцепители, они подразделяются на три вида:

Рис. 2.26 Принцип действия механизма свободного расцепления.

максимальные – для защиты от токов короткого замыкания и пе­регрузок; минимальные – для защиты от понижения напряжения ниже нормы; независимые – для дистанционного отключения автомата. На рис.2.27 изображе­ны принципиальные схемы автоматов с максимальной токовой защитой (а) и минимальной, или нулевой, защитой (б).

Рис. 2.27 Принципиальная схема автомата.

Автоматы, срабатывающие при токах короткого замыкания без выдержки времени, называются установочными (неселективными). Автоматы, срабатывающие с выдержкой времени при отключении токов короткого замыкания, называются селективными.

Расцепители в автоматах контролируют величину соответствующего параметра защищаемой цепи и дают сигнал на отключение автомата, когда эта величина достигнет заданного значения, называемого уставкой.

Установочные автоматы комплектуются следующими видами расцепителей:

электромагнитными, срабатывающими при токах, превышающих номи­нальный ток уставки в 2 – 20 раз (защита от токов короткого замыкания);

тепловыми, срабатывающими при токах, составляющих 1,25 – 1,8 номинального тока расцепителя (защита от перегрузки);

комбинированными, состоящими из электромагнитных и тепловых элементов.

Расцепители установочных автоматов не имеют приспособлений для регулирования тока срабатывания в эксплуатации. К установочным автоматам относятся: автоматы серии A3100, А3100Р, А3300, А3500, АК50 и др. Только ав­томаты установочные серии А3500 имеют простейший воздушно-пневматиче­ский замедлитель, обеспечивающий некоторую выдержку времени.

Установочные автоматы можно подразделить следующим образом:

1. По роду тока и напряжению - переменного тока до 500 В, с частотой 50Гц; постоянного тока до 220 В.

2. По числу полюсов – двухполюсные, трехполюсные (могут быть двухполюсные в габаритах трехполюсных).

3. По роду расцепителей – с электромагнитным (максимальным) расцепителем (защита от токов КЗ) и с комбинированным расце­пителем (защита от токов перегрузки и токов КЗ) 14-ти типов на токи 15 – 600 А.

Уставка по току КЗ составляет (7 – 14) I_нoм на переменном токе и (5 – 7) I_нoм на постоянном токе. Тепловые расцепители имеют обратнозависимую от тока пе­регрузки выдержку времени. При токе 1,5 I_нoм время отключения автомата сос­тавляет 1,5 – 2 часа, предельная коммутационная способность – от 4,5 до 50 кА при косинусе 0,5. Срок службы 5 лет.

4. По величине (габариту) – I и II вел. – до 100 А, III – до 200 А, IV – до 600 А.

5. По присоединению проводов – с передним и задним присоединением.

Время остывания теплового элемента для возможности повторного включения не превышает 1 – 4 мин в зависимости от величины автомата.

Полное время отключения автоматом короткого замыкания в сети не более 0,06 с.

Примеры условного обозначения установочных автоматов:

А3124Р – А31 – серия, 2 – величина автомата (от 1 до 4), 4 – три полюса (2 – два полюса, 3 – двухполюсный в габарите 3-х полюсного), Р – ре­гистровый (судовой).

А3312 - АЗЗ – серия, 1 – величина, 2 – двухполюсной.

При заказе автомата необходимо указывать напряжение, род тока, величи­ну номинального тока привода.

Автоматические выключатели серии АК50 рассчитаны на переменный ток напряжением 400 В (50 или 400 Гц) и постоянный – напряжением до

320 В.

Примеры условных обозначений автоматов АК50:

АК50-ЗМ - АК50 – серия, 3 - три полюса (могут быть на два полюса-2), М – электромагнитный расцепитель, обеспечивающий защиту от токов КЗ (максимальный расцепитель).

АК50-ЗМГ - МГ – электромагнитный расцепитель с гидравлическим замедли­телем, обеспечивающим защиту от токов КЗ и перегрузки.

Расцепители выполняются на токи 0,6 – 50 А. Уставка на ток мгновенного срабатывания 5, 10 и 12 I_нр. Расцепители с замедлителем срабатывают при токе 1,35 I_нр за время не более 30 с, при токе 6 I_нр – за время 3 – 20 с, а при токе мгно­венного срабатывания за время не более 0,04 с. Повторное включение после срабатывания возможно через 90 с. после отключения перегрузки и сразу после отключения ТКЗ. Предельная коммутационная способность составляет 9 кА при напряжении 400 В (50 Гц) и cosφ = 0,4. Срок службы 10 – 12 тыс. часов.

Автомат (рис. 2.28) состоит из механизма управления 2, дугогасительного устройства 3, расцепителя максимального тока 4, выходных зажимов 5, дна 7. Все узлы автомата крепятся в пластмассовом корпусе 6 и закрываются крыш­кой 1 из стеклотекстолита. Автоматы брызгозащищенного исполнения имеют дополнительную оболочку. Автоматы серии АП50 выпускаются также двух и трехполюсными, изготовляются на номинальное напряжение переменного тока до 500 В и постоянного тока до 220 В, номинальный ток расцепителя 1,6 – 50 А.

Рис. 2.28. Элементы автомата типа АК5О

Плавкие предохранители предназначены для защиты участков судовой се­ти, электрических установок и их элементов от токов КЗ и продолжительных перегрузок. В судовых электрических установках применяют трубчатые типа ПР и пробочные типов ПД и ПДС плавкие предохранители. Основным рабочим элементом предохранителей является плавкая вставка, рассчитанная на определенное значение тока. При протекании через плавкую вставку значительных токов перегрузки или короткого замыкания выделенное тепло превышает тем­пературу плавления плавкой вставки. Она плавится и разрывает электрическую цепь.

Трубчатый плавкий предохранитель состоит из патрона, плавкой вставки и двух контактных стоек. Патрон предохранителя (рис. 2.29, в) состоит

Рис. 2.29. Устройство предохранителей

из фибрового цилиндра (трубки) 1, на концы которого навернуты латунные втулки 3 с прорезями для пропуска плавкой вставки 2. На втулку навинчиваются латунные колпачки (обоймы) 4, прижимающие загнутые концы плавких вставок для обеспечения надежного электрического контакта. У предохранителей ПР-2 (рис. 2.29, а) с номинальным током до 60 А обойма зажата в губках контактных стоек и одновременно служит контактной частью предохранителя. Предохра­нители (рис.2.29, б), рассчитанные на номинальные токи свыше 60 А, имеют ножевые контакты 6, вставляемые в губки контактных стоек. Шайба 5 с пазом служит для фиксации положения ножа относительно патрона. К ножевым кон­тактам внутри трубки крепятся плавкие вставки. Для извлечения патронов предохранителей с номинальным током до 60 А из контактных стоек применяются специальные клещи, изготовленные из изоляционного материала. Предохрани­тели на ток свыше 60 А снабжаются специальными пластмассовыми рукоятка­ми.

Пробочные предохранители типа ПД (рис.2.29, в) состоят из латунного кор­пуса 4, сменного фарфорового цилиндра 2 с плавкой вставкой 3, фарфоровой головки 1. Контактные выводы 5 и 6 служат для включения предохранителя в защищаемую цепь. Плавкая вставка в зависимости от значения номинального тока предохранителя может быть выполнена из одной или нескольких сереб­ряных проволок. Для сигнализации о срабатывании предохранителя имеется контрольный глазок, который при перегорании плавкой вставки отпадает.

Путевой выключатель представляет собой командоаппарат, кинематически связанный с рабочей машиной и предназначенный для срабатывания в определенных точках пути ее движения. Широкое применение путевые выключатели имеют в автоматизированном электроприводе. Путевые выключатели в зависимости от устройства, осуществляющего размыкание или замыкание контактов, можно подразделить на кнопочные (нажимные), рычажные, шпиндельные и вращающиеся.

Переключение контактов выключателей осуществляют: в кнопочных - нажатием рабочего органа механизма на шток, с которым связаны контакты выключателя; в рычажных – воздействием рабочего органа механизма на рычаг, соединенный с контактами; в шпиндельных – перемещением гайки по винту, связанному через передачи с валом механизма; во вращающихся – переключа­ющими кулачковыми шайбами, связанными с валом механизма.

В судовом электрооборудовании выключатели серии ВК предназначены для работы в качестве командоаппаратов при автоматическом управлении механизмами или в качестве аварийных ограничителей хода.

Путевые выключатели имеют по одному замыкающему и по одному размыкающему контакту. Допустимый длительный ток контактов 6 А, ток включе­ния 20 А.

Микровыключатели и микропереключатели представляют собой малогабаритные коммутационные аппараты с контактами мгновенного действия.

В микровыключателе электрическими элементами являются один замыкающий и один размыкающий контакты. Срабатывание микровыключателя происходит при малых перемещениях рабочего органа и требует небольшого уси­лия. Элементы переключателя смонтированы в малогабаритном пластмассовом корпусе. Масса его составляет не более 30 г.

Микровыключатели и микропереключатели применяются в электрических цепях автоматики, дистанционного управления, блокировки и сигнализации, а также используются в различных механических реле как контактная система и в качестве путевых ограничителей.