Работа 7. Автоматические воздушные выключатели
Содержание работы
1. Изучить назначение и основные конструктивные узлы автоматических воздушных выключателей.
Изучить конструкцию выключателей типа AП50Б, АЕ2000, А3700, ВА.
Снять защитные ампер-секундные характеристики выключателей.
Общие сведения
Автоматический воздушный выключатель (автомат) – это защитно-коммутационный аппарат, предназначенный для нечастых включений и отключений электрической цепи напряжением до 1000 В, а также для автоматического отключения цепи при возникновении ненормальных режимов. В зависимости от способа установки выключатели делят на стационарные и выдвижные, а в зависимости от типа присоединения – на выключатели с передним, задним или комбинированным присоединением внешних проводников к контактам главной цепи. Сечение внешних проводов и кабелей, подводимых к контактам главной цепи выключателя, выбирается в соответствии с ГОСТ 12434–83.
В зависимости от воздействующей величины автоматические выключатели делятся на максимальные выключатели по току, минимальные выключатели по току, минимальные выключатели по напряжению, выключатели обратного тока, максимальные выключатели, работающие по нарастанию производной тока, поляризованные максимальные выключатели, отключающие цепь при нарастании тока в прямом направлении, и неполяризованные, реагирующие на возрастание тока в любом направлении, выключатели, осуществляющие защиту от ряда воздействующих величин (например, максимальные по току и минимальные по напряжению).
Автоматические выключатели с естественным воздушным охлаждением (автоматы) предназначены для отключения тока при КЗ, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, для оперативных включений и отключений электрических цепей (в том числе электродвигателей) на напряжение до 1 кВ. Конструкция автоматических выключателей состоит из следующих основных узлов: контактной системы; дугогасительной системы; расцепителей; механизма управления; механизма свободного расцепления.
Контактная система состоит из неподвижных контактов, закрепленных на корпусе, и подвижных контактов, шарнирно насаженных на полуоси рычага механизма управления, и обеспечивает, как правило, одинарный разрыв цепи.
Дугогасительное устройство устанавливается в каждом полюсе выключателя и предназначается для локализации электрической дуги в ограниченном объеме. Оно обычно представляет собой дугогасительную камеру с деионной решеткой из стальных пластин. Могут быть предусмотрены также искрогасители, представляющие собой фибровые пластины.
Механизм свободного расцепления представляет собой 3- или 4-звенный механизм, который обеспечивает расцепление выключателя и отключение контактной системы как при автоматическом, так и при ручном управлении.
Расцепители, являясь составной частью автоматов, контролируют заданный параметр защищаемой цепи и воздействуют на расцепляющее устройство, отключающее автомат. Наиболее распространенными расцепителями являются: а) электромагнитные – для защиты от тока КЗ. Этот вид расцепителя представляет собой электромагнит с якорем и обеспечивает автоматическое отключение выключателя при токах короткого замыкания, превышающих уставку по току; б) тепловые – для защиты от перегрузок, этот вид представляет собой термобиметаллическую пластину. При токах перегрузки деформация и усилия этой пластины обеспечивают автоматическое отключение выключателя. Выдержка времени уменьшается с ростом тока; в) комбинированные, совмещающие в себе электромагнитные и тепловые расцепители, использующие тепловые элементы для защиты от токов перегрузок и электромагнитные для защиты от токов коротких замыканий без выдержки времени (отсечки); г) полупроводниковые, позволяющие ступенчато менять: номинальный ток расцепителя, время срабатывания в зоне перегрузки; отношение тока срабатывания при токе КЗ (0,1; 0,25; 0,4 с).
Следует отметить, что полупроводниковые расцепители имеют более стабильные параметры и удобны в настройке. Они состоят из измерительного элемента, блока полупроводниковых реле и выходного электромагнита, воздействующего на механизм свободного расцепления выключателя. В качестве измерительного элемента используется трансформатор тока (на переменном токе) или дроссельный магнитный усилитель (на постоянном токе). Полупроводниковый расцепитель тока допускает регулировку следующих параметров: номинального тока расцепителя; уставки по току срабатывания в зоне токов короткого замыкания (ток отсечки); уставки по времени срабатывания в зоне токов нагрузки; уставки по времени срабатывания в зоне токов короткого замыкания (для селективных выключателей).
Кроме указанных, имеются также минимальные, нулевые, независимые и максимальные токовые расцепители. Минимальные расцепители отключают включенный автомат при U – (0,35…0,7)Uном; нулевые расцепители – при (0,14…0,35)Uном. Независимые расцепители служат для дистанционного отключения автоматов, максимальные токовые – для защиты электрических цепей (кроме двигателей) от перегрузки. Если автомат не имеет максимальных расцепителей, то он используется только для коммутаций цепей без тока.
Кроме того, некоторые автоматы снабжают вспомогательными контактами и электромагнитным приводом для дистанционного управления.
Автоматы можно применять в распределительных устройствах вместо неавтоматических выключателей (рубильников) и предохранителей. При использовании автоматов вместо плавких предохранителей устраняется возможность неполнофазной работы трехфазных двигателей после однофазных коротких замыканий, так как в этом случае отключаются сразу три фазы. Однако в сетях с исключительно однофазной нагрузкой при использовании трехполюсных автоматов снижается надежность электроснабжения при однофазных к. з.
Автоматы выпускают в одно-, двух- или трехполюсном исполнении. Наиболее распространены следующие типы автоматических выключателей.
1. Автоматические выключатели серии АП50Б выпускают с разными видами расцепителей, что отражается в их обозначении. Так, например, АП50Б2МТ – с двумя комбинированными расцепителями; АП50Б2М – с двумя электромагнитными расцепителями; АП50БЗТН – с тремя тепловыми расцепителями и минимальными расцепителями напряжения; буква Д означает независимый расцепитель, буква О – максимальный расцепитель тока в нулевой проводе. Предельная коммутационная способность автомата при переменном напряжении 380 В составляет 0,5…10 кА при номинальном токе максимальных расцепителей 1,6…63 А. Автоматы содержат один или два переключающих контакта. Автоматические выключатели серии АП 50 Б предназначены для защиты от перегрузок и коротких замыканий электрических цепей напряжением до 220 В постоянного тока, до 500 В переменного тока частоты 50…60 Гц, оперативных включений и отключений указанных цепей с частотой от 6 до 30 включений в сутки, в том числе для пуска, защиты и отключения электродвигателей.
2. Автоматические выключатели серии АЕ20 (рис. 5.11) различаются по значению номинального тока выключателя следующим образом: АЕ2020 – Iв.ном = 16 А; АЕ2040 – Iв.ном = 63 А; АЕ2050 – Iв.ном = 100 А; АЕ2060 – Iв.ном = 160 А. Четвертая цифра в обозначении выключателя означает следующее: 3 – трехполюсные с электромагнитными максимальными расцепителями; 4 – однополюсные с электромагнитными и тепловыми максимальными расцепителями; 6 – то же, но трехполюсные.
Рис. 5.11. Автоматический выключатель АЕ20 общий вид
3. Автоматические выключатели серии А3700 (рис. 5.12) предназначены для проведения электрического тока в нормальном режиме и отключения тока при перегрузках, коротких замыканиях и недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых (до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей. По виду максимальных расцепителей тока, они подразделяются: а) на токоограничивающие с электромагнитными и полупроводниковыми расцепителями, с электромагнитными и тепловыми расцепителями, с электромагнитными расцепителями; селективные с полупроводниковыми расцепителями; б) нетокоограничивающие с электромагнитными и тепловыми расцепителями, с электромагнитными расцепителями; без максимальных расцепителей тока.
Рис. 5.12. Автоматический выключатель серии А3700
Кроме того, большое распространение получили автоматические выключатели серии ВА различных модификаций, предназначенных для защиты электрических цепей переменного тока от токов перегрузки и коротких замыканий, а также управления и защиты трехфазных асинхронных электродвигателей.
Указания к выполнению работы
1. Изучить назначение и особенности конструкции автоматов.
2. Изучить конструкцию автоматов типа AП50Б, A3700, АЕ2000, ВА51, обратив внимание на устройство контактов и дугогасительных камер, на работу расцепителей при разных значениях тока и на работу механизма свободного расцепления. Записать в отчет паспортные данные изучаемых автоматов.
3. Экспериментально получить защитные характеристики автоматов.
Для снятия характеристик нужно использовать установку, показанную на рис. 5.13 и содержащую силовой понизительный трансформатор Тр, который через автотрансформатор с плавным регулированием ЛАТР подключают к сети переменного тока при помощи магнитного пускателя МП. Ко вторичной обмотке трансформатора Тр через трансформаторы тока 300/5 и 600/5 подсоединены исследуемые автоматы. Обмотка электрического секундомера подключена через другие контакты автоматов.
Рис. 5.13. Схема лабораторной установки для исследования характеристик автоматических выключателей
Опыты проводят в следующем порядке. Включают исследуемый автомат (при этом остальные отключены) и нажатием кнопки «Пуск» подают питание на схему.
Не обращая внимания на вращение стрелки секундомера, устанавливают требуемое значение тока. Отключают магнитный пускатель. Устанавливают стрелку секундомера на нуль. Включают пускатель и после отключения автомата определяют время его срабатывания. Необходимо помнить, что время срабатывания тепловых расцепителей зависит от начальной температуры, поэтому время между опытами должно быть достаточно для охлаждения расцепителя.
Контрольные вопросы и задания
1. Каково назначение автоматических воздушных выключателей?
2. Назовите основные узлы автомата.
3. Какие расцепители применяют в автоматах?
4. Каково назначение расцепителя минимального напряжения?
5. Какие преимущества имеют автоматы перед плавкими предохранителями?
6. Какой вид имеют защитные характеристики автоматов?
7. Какие методы гашения дуги используются в автоматах?
8. Обязательно ли наличие в приводе автомата механизма свободного расцепления?