книги / Электрические аппараты. Общий курс

момента прекращения соприкосновения его контактов. После расхождения контактов возникающая электри­ ческая дуга должна быть погашена за наименьшее вре­ мя с перенапряжением, не представляющим опасности для остального оборудования.

На рис. 18-2, а даны кривые изменения тока и напря­ жения на контактах в процессе отключения для обыкно­

случае, как правило, к моменту размыкания ток в цепи достигает установившегося значения. Такой автомат не облегчает работу аппаратуры и оборудования при корот­ ких замыканиях. Самому автомату также приходится отключать установившийся ток короткого замыкания.

В быстродействующих, автоматах время t\ сокраща­ ется до 0,002—0,008 с. К моменту расхождения контак­ тов ток не достигает установившегося значения. Такой автомат, как правило, отключает ток значительно мень­

ший, чем установившийся ток короткого замыкания. Благодаря этому облегчается работа самого автомата, уменьшается термическая и динамическая нагрузка ап­ паратуры и оборудования. С увеличением скорости воз­ растания тока эффект токоограничения уменьшается, так как к моменту расхождения контактов ток достигает больших значений. Для получения токоограничения в настоящее время в этих автоматах применяются устрой­ ства, реагирующие не на ток, а на скорость его нараста­ ния. В зависимости от вида воздействующей величины автоматы делятся на максимальные автоматы по току, минимальные автоматы по току, минимальные автоматы по напряжению, автоматы обратного тока, максималь­ ные автоматы, работающие по производной тока, поля­ ризованные максимальные автоматы (отключают цепь при нарастании тока в одном — прямом направлении) и неполяризованные, реагирующие на' возрастание тока в любом направлении. Для построения селективно дейст­ вующей защиты автоматы должны иметь регулировку тока срабатывания и времени срабатывания.

Внекоторых случаях требуется комбинированная за ­

щита— максимальная по току и минимальная по напря­ жению. Автоматы, удовлетворяющие этим требованиям, называются у н и в е р с а л ь н ы м и .

Автоматы общепромышленного и бытового примене­ ния обычно имеют лишь максимально-токовую защиту, отрегулированную на заводе. В эксплуатации характе­ ристики автомата не могут быть изменены. Для умень­ шения возможности соприкосновения персонала с дета­ лями, находящимися под напряжением, эти автоматы закрыты пластмассовым кожухом и практически не вы­ брасывают дугу из-под кожуха. Такие автоматы называ­

токоведущую цепь, дугогасительную систему, привод ав­ томата, механизм автомата, механизм свободного расцеп­ ления и элементы защиты— расцепители.

18-2. Токоведущая цепь и дугогасительная система автоматов

а) Токоведущая цепь. Основные требования к токо­ ведущей цепи автоматов изложены выше (§ 18-1). Следу­ ет лишь добавить, что для получения малого собственно­

го времени масса подвижных частей токоведущей цепи должна быть минимально возможной.

Наиболее ответственной частью токоведущей цепи ав­ томатов являются контакты. При номинальных токах до 200 А применяется одна пара контактов, которые для увеличения дугостойкости могут быть облицованы ме­ таллокерамикой. Большие номинальные токи требуют применения двухступенчатого контакта типа перекатыва­ ющегося моста или пары основных и дугогасительных контактов. На рис. 18-1 контактная система имеет основ­ ные 3 и дугогасительные контакты 1. Основные контакты облицовываются либо серебром, либо металлокерамикой (серебро, никель, графит). Дугогасительный неподвиж­ ный контакт покрывается металлокерамикой СВ-50 (се­ ребро, вольфрам), подвижный СН-29ГЗ. Применяется металлокерамика других марок. Принцип работы таких контактов рассмотрен в § 3-4.

Вавтоматах на большие номинальные токи применя­ ется включение нескольких параллельных пар основных контактов.

Вбыстродействующих автоматах с целью уменьшения собственного времени применяются исключительно тор­ цевые контакты, имеющие малый провал. Контакты из­ готавливаются из меди и поверхности касания подверга­ ются серебрению. В связи с ростом номинального тока и относительно высоким сопротивлением контактов в на­ стоящее время проводятся работы по искусственному ох­ лаждению контактов с помощью жидкости [Л. 2-6 и 3-4]. Такое решение задачи позволяет сохранить малую массу

и быстродействие автомата и увеличить длительный ток с 2500 до 10 000 А.

Устойчивость контактов при включении на короткое замыкание зависит от скорости нарастания давления в контактах. При амплитуде включаемого тока более 30— 40 кА применяют автоматы моментного действия, у ко­ торых скорость движения контактов и нажатие в них не зависят от скорости перемещения включающей рукоятки.

В универсальных автоматах, работающих селектив­ но, создается намеренная выдержка времени при проте­ кании тока короткого замыкания.

Во избежание сваривания контактов аппарата обяза­ тельно применяется электродинамическая компенсация. Один из компенсаторов показан на рис. 18-1. При про­ текании тока в дугогасительном контуре на проводник

AB, несущий неподвижный дугогасительный контакт, действует электродинамическая сила /^.д, увеличиваю­ щая нажатие контактов.

В установочных и быстродействующих автоматах, у которых при коротком замыкании отключение происхо­ дит без выдержки времени, электродинамическая компен­

крыт кожухом, имеющим отверстия для выхода горячих газов. Объем кожуха делается достаточно большим, что­ бы избежать появления внутри кожуха больших избы­ точных давлений. При полузакрытом исполнении зона выброса горячих и ионизированных газов составляет обычно несколько сантиметров от выхлопных щелей. Такое конструктивное решение применяется в автоматах, монтируемых рядом с другими аппаратами, в распреде­ лительных устройствах, в автоматах с ручным управле­ нием. Предельный ток не превышает 50 кА.

При токах 100 кА и выше применяются камеры о т ­ к р ы т о г о исполнения с большой зоной выброса. Полу­ закрытое исполнение применяется, как правило, в уста­ новочных и универсальных автоматах, открытое — в бы­ стродействующих и автоматах на большие предельные токи (100 кА и выше) или большие напряжения (выше 1000 В).

Ваппаратах массового применения (установочных и универсальных) широкое применение получила деионная дугогасительная решетка из стальных пластин (§ 4-8 и 10-3). Поскольку аётоматы должны работать как на пе­ ременном, так и на постоянном токе, число пластин вы­ бирается из условия отключения цепи постоянного тока. На каждую пару пластин должно приходиться напряже­ ние менее 25 В.

Вцепях переменного тока с напряжением 660 В такие дугогасительные устройства обеспечивают гашение дуги

стоком до 50 кА. На постоянном токе эти устройства ра­ ботают при напряжении до 440 В и отключают токи до

личие от обычной решетки дуга соприкасается с изолиро­ ванными стальными пластинами: гашение происходит так же, как в камере с поперечными изоляционными пе­ регородками, но при отсутствии специальной магнитной системы, двигающей дугу.

18-3. Приводы и механизмы универсальных и установочных автоматов

а) Приводы. Привод должен сообщить контакту си­ лу, необходимую для включения автомата в самом тяже­ лом случае — на существующее короткое замыкание.

Приводы можно разбить на две группы: ручные и электромеханические. Ручные приводы рекомендуется применять при номинальных токах до 200 А. При боль­ ших токах необходимо применять электромеханические приводы, обеспечивающие необходимую скорость нара­ стания давления в контактах. Электромагнитный привод нашел применение прй токах до 600— 1000 А.

Недостатками электромагнитного привода являются большие скорости движения и удары в механизме.

Обычно электромагнитный привод автомата питает­ ся от той же сети, к которой автомат подключает нагруз­ ку. При повреждении в нагрузке автомат включается на существующее короткое замыкание. Напряжение на при­ воде в момент включения падает до нуля. Автомат мо­ жет не включиться до конца. Более надежным является привод независимого действия, например пружинный.

Энергия, необходимая для включения, накапливается

взаведенной пружине. После подачи команды на вклю­ чение освобождается удерживающая защелка включаю­ щей пружины, автомат включается при любых условиях

всети. При ручном включении привод независимого дей­ ствия можно получить, если использовать принцип пры­ гающего контакта — рис. 11-11.

Вавтоматах на токи 1500 А и выше желательно при­ менение электродвигательного привода.

Электродвигатель соединен с автоматом через пони­ жающую зубчатую передачу. Даже при потере напряже­ ния кинетической энергии, накопленной в быстровращающемся роторе двигателя, бывает достаточно, чтобы закончить процесс включения. Большим достоинством этого привода является плавный ход механизма, отсут­ ствие ударов. Мощность, потребляемая электродвига­

тельными приводами, больше, чем мощность, необходи­ мая для взведения пружинного привода.

б) Механизм передачи усилия от привода к контак­ там. Механизм автомата выполняет следующие функ­ ции: передает движение от привода к контактам, удер­ живает контакты во включенном положении, производит освобождение контактов при отключении автомата, со-

Рис. 18-3. Механизм простейшего автомата.

общает контактам скорость, необходимую для гашения дуги, фиксирует контакты в положении «отключено», подготавливает автомат для нового включения.

Ввиду специфики механизмов быстродействующих автоматов здесь рассматриваются только вопросы, каса­ ющиеся механизма установочных и универсальных ав­ томатов.

На рис. 18-3, а приведена схема простейшего меха­ низма, применяемого в автоматах с током до 1000 А.

При нормальном (неаварийном) включении рычаги 2 и 3 ведут себя как один жесткий рычаг, так как центр шарнира О, соединяющего эти звенья между собой, ле­ жит ниже линии, соединяющей точки Оi и 0 2. Упор 5 не дает возможности сложиться этим звеньям.

При включении на короткое замыкание якорь 6 элек­ тромагнита 7, обтекаемого током короткого замыкания, ломает рычаги, как это показано на рис. 18-3,6. Привод­ ной рычаг 4 и контактный рычаг 1 оказываются несвя­ занными, расцепленными.

Под действием плоской контактной пружины и соб­ ственного веса контакты автомата размыкаются, проис­ ходит отключение автомата. Рукоятка привода может вращаться против часовой стрелки, правда, теперь уже

вхолостую. Для подготовки к новому включению необ­ ходимо повернуть включающую рукоятку 4 до отказа по часовой стрелке. При этом звенья 2 и 3 сложатся и снова будут представлять одно жесткое звено, как на рис. 18-3, в. Недостатком такого механизма является относи­ тельно большое усилие для расцепления, так как при этом необходимо деформировать контактную пружину. С ростом номинального тока растет нажатие контактных пружин, а следовательно, и усилие, необходимое для расцепления автомата. В связи с этим механизм свобод­ ного расцепления в виде ломающегося рычага применя­ ется в автоматах на номинальный ток не выше 400— 1000 А. При больших токах прибегают к другим типам механизмов свободного расцепления [Л. 18-1]. Необхо­ димо отметить, что при отключении короткого замыка­ ния скорость отключения может возрасти из-за действия электродинамических сил. В конечном положении про­ исходит удар подвижных частей о неподвижную опору и отброс в направлении «включено». Отброс контактов может быть столь большим, что возможно новое замыка­ ние цепи, в связи с чем устанавливаются демпферы от­ ключения. Иногда подвижная часть в положении «от­ ключено» сажается на специальную защелку. Расцеп­ ление этой защелки происходит при повороте приводной рукоятки в направлении «готов к включению».

18-4. Расцепители автоматов

Отключение автомата происходит под действием эле­ ментов защиты — расцепителей. Наиболее распростране­ ны максимальные расцепители. Д ля защиты оборудова­ ния от перегрузок необходимо, чтобы время-токовая ха­ рактеристика расцепителя шла возможно ближе к ха­ рактеристике защищаемого объекта.

В максимальных расцепителях широкое распростра­ нение получили электромагнитная система и тепловая с использованием биметаллической пластины. Электромаг­ нитный расцепитель (поз. 5, рис. 18-1) прост по конст­ рукции, имеет высокую термическую и электродинами­ ческую стойкость, не боится вибраций. До момента воз­ действия на механизм свободного расцепления якорь расцепителя обычно имеет значительный свободный ход (5— 10 мм). Расцепление происходит за счет удара, при котором основную роль играет кинетическая энергия, на­

копленная в якоре к моменту удара. Все это обеспечи­ вает четкую работу автомата. Регулирование тока сра­ батывания может производиться за счет натяжения пру­ жины или изменения числа витков обмотки, обтекаемой током нагрузки.

Для создания выдержек времени между электромаг­ нитом и механизмом свободного расцепления ставят уст­ ройство задержки. Для селективно работающих автома­ тов нужна строгая согласованность во времени, которая достигается применением часового механизма. Выдерж­ ка времени такого устройства не зависит от тока, а сле­ довательно, такое устройство от перегрузок не защищает.

Выдержки времени, зависимые от тока нагрузки, соз­ даются разнообразными замедляющими устройствами, осуществляющими демпфирование за счет вязкости пе­ ретекающей жидкости или газа.

Более просто выдержка времени, зависящая от тока, получается с помощью тепловых расцепителей (поз. 5, рис. 18-1), аналогичных по конструкции тепловым реле (§ 11-4). Их время-токовая характеристика может быть достаточно хорошо согласована с защищаемым объек­ том. Однако эти расцепители имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение.

а) Недостаточная термическая стойкость требует мгновенного отключения при больших токах. В этих слу­ чаях обычно применяется комбинация из электромаг­ нитного и теплового расцепителя. Электромагнитный расцепитель работает при коротких замыканиях, тепло­ вой — при перегрузках.

б) С ростом тока автомата растет усилие, необходи­ мое для расцепления. Поэтому тепловой расцепитель применяется при токах до 200 А.

в) Выдержка времени теплового расцепителя зави­ сит от температуры окружающей среды. Это не дает возможности полностью использовать оборудование.

г) Погрешность в токе срабатывания у тепловых рас­ цепителей примерно в 2 раза больше, чем у электромаг­ нитных.

д) Создание тепловых расцепителей на большие токи связано со значительными трудностями. Применение шунтов и трансформаторов тока увеличивает габариты* автомата.

е) Из-за малой термической стойкости тепловые рас­ цепители допускают малую длительность короткого за-