Электрические и электронные аппараты распределительных устройств и подстанций горных предприятий. Учебное пособие

5.3. Неавтоматические выключатели

Неавтоматические выключатели – ЭА, предназначенные для ручного (непосредственного или дистанционного) замыкания и размыкания цепей постоянного и переменного тока при напряжениях до 1кВ.

К неавтоматическим выключателям относятся рубильники, разъединители, выключатели и переключатели различного назначения и т.д.

Рубильник – электрический одноступенчатый аппарат с клиновым контактом и ручным приводом, предназначенный для коммутации цепей.

Рубильник имеет два коммутационных положения «Включено», «Отключено». Устройство оборудовано открытыми токоведущими частями (пружинные губки) и клиновидным контактом (нож, входящий в губки контактов). Часть рубильников оснащена дугогасительными камерами для повышения разрывной способности. Рубильник с центральным рычажным приводом и дугогасительной камерой представлен на рис. 5.4.

3 4

2 1

5

6

Рис. 5.4. Рубильник с центральным рычажным приводом и дугогасительной камерой: 1 – рукоятка; 2 – тяга; 3 – губки рубильника; 4 – дугогасительная камера; 5 – нож;

6 – шарнирный механизм

Выбор рубильника производится:

•по напряжению установки:Uуст ≤Uном ;

•по току нагрузки:Iнорм ≤ Iном ; Iмах ≤ Iном ;

61

• по конструктивному исполнению;

• по электродинамической стойкости:iэд.ст ≤iпр.с ;

• по термической стойкости:Βк ≤Ι2т.с.τт.с. .

Номинальный ток Iном , предельный сквозной ток iпр.с , ток и время термической стойкости Iт.с , tт.с приводятся в каталогах и справочниках для конкретных аппаратов. Как правило, количество коммутаций не превышает 6 в час.

Вкачестве примера рассмотрим основные параметры рубильника

спредохранителем серии РП (рис. 5.5).

2

1

3

4

Рис. 5.5. Рубильник с предохранителями серии РП: 1 – ножи рубильника; 2 – пружинящие губки;

3 – поворотный механизм; 4 – плавкие вставки (предохранители)

62

Рубящий переключатель – электрический многоступенчатый аппарат (имеющий больше двух коммутационных положений) с клиновым контактом и ручным приводом, предназначенный для коммутации це-

пей (рис. 5.6).

2

3

5 1

4

Рис. 5.6. Рубящий переключатель: 1 – ножи переключателя; 2 – контактные клеммы положения «включено» 1; 3 – пружинящие

губки; 4 – контактные клеммы положения «включено» 2; 5 – поворотный механизм

63

Разъединитель – электрический одноступенчатый аппарат с клиновым контактом и ручным приводом, предназначенный для коммутации цепей и создающий видимый разрыв электрической цепи.

Короткозамыкатель – особый вид разъединителя, предназначенный для замыкания линии после отключения электрической цепи «на землю». Данный аппарат служит для защиты обслуживающего персонала и оборудования от случайного включения электрической цепи и для защиты от остаточных токов в линиях электропередачи.

Отделитель – коммутационный аппарат, предназначенный для быстрого отсоединения поврежденного участка электрической сети в бестоковую паузу (реже для операций включения).

По конструкции токоведущих частей отделители не отличаются от разъединителей. Их контактная система не приспособлена для коммутаций под нагрузкой. Для быстрого отключения (не более 0,5 с) в отделителях используется энергия взведенной пружины привода.

Рис. 5.7. Пакетный переключатель: 1 – ручка переключателя; 2 – поворотный механизм; 3 – контактные клеммы

Пакетный переключатель – это выключатель с клиновым контактом, у которого контактные ножи и стойки находятся внутри изоляционных цилиндров (пакетов), устанавливаемых один над другим

64

(рис. 5.7). Пакетные переключатели получили широкое распространение вследствие их компактности, удобства монтажа, значительной разрывной способности, возможности получения многочисленных схем при небольшом числе деталей, допустимости работы в любом положении и нечувствительности к толчкам и вибрациями.

ON

OFF

Рис. 5.8. Ручной пускатель (кнопочный пускатель)

Пакетные переключатели могут быть встроены в водозащитную, пыленепроницаемую, герметическую или взрывобезопасную оболочку.

Ручной пускатель (кнопочный пускатель) – коммутационный аппарат, предназначенный для неавтоматического, нечастого замыкания и размыкания цепей постоянного и переменного тока (рис. 5.8). Область применения – электрифицированные строительные машины и механизмы (бетономешалки малых объемов, электроинструмент, цепи временного и уличного освещения, в том числе люминесцентного, мобильные тепловентиляторы, насосы, компрессоры и т.д.).

5.4. Автоматические выключатели

Автоматическим выключателем (автоматом) называется ЭА, предназначенный для автоматического размыкания цепей постоянного и переменного тока при нарушении нормального режима работы (перегрузки сверх допустимого предела, короткие замыкания, снижение или исчезновение напряжения и т.п.), и нечастых замыканий и размыканий тех же цепей при нормальных условиях работы.

65

Автоматические выключатели подразделяются:

•установочные и универсальные. Установочные автоматические выключатели имеют защитный изоляционный (пластмассовый) корпус и могут устанавливаться в общедоступных местах. Универсальные автоматические выключатели не имеют такого корпуса и предназначены для установки в РУ;

•быстродействующие и небыстродействующие. Быстродей-

ствие обеспечивается самим принципом действия (поляризованный электромагнитный или индукционно-динамический принцип и др.) и условиями для быстрого гашения электрической дуги, подобно процессам в токоограничивающих автоматах;

•автоматические выключатели обратного тока. Эти ЭА сраба-

тывают только при изменении направления тока защищаемой цепи (поляризованные автоматы отключают цепь только при нарастании тока в прямом направлении, неполяризованные – при любом направлении тока).

Принципиальная схема универсального автоматического выключателя приведена на рис. 5.9. В автоматическом выключателе имеются три основных узла: контактно-дугогасительная система (5–13), узел привода и передаточный механизм (1–4), блок управления и защиты

(14–17).

Автоматический выключатель коммутирует электрическую цепь

стоком, цепь отключается и дуга в аппарате гасится. Для ручного включения автоматического выключателя поворачивают приводной механизм (2) в указанном направлении до момента, когда привод не встанет на защелку (12). Главные контакты (5) и дугогасительные контакты (7) будут замкнуты, а пружина (4) взведена. Кроме ручного включения в автоматическом выключателе может использоваться электромагнитный привод (1). При включении первыми замыкаются дугогасительные контакты (7), после них – главные контакты (5). При отключении первыми расходятся главные контакты, и ток переходит в дугогасительные контакты. В результате на главных контактах предотвращается образование дуги большой мощности. Дуга гасится в дугогасительном устройстве (8). Гибкая латунная связь (11) необходима для создания цепи тока, когда он переходит в дугогасительные контакты (7). Детали (9) образуют компенсатор электродинамических сил, который создает дополнительное электродинамическое усилие взаимодействия двух шарнирносвязанных деталей с противоположно направленными токами.

66

SB

15 16

Рис. 5.9. Принципиальная схема автоматического выключателя: 1 – автоматический электромагнитный привод; 2 – ручной привод;

3 – штанга привода; 4 – отключающая пружина; 5 – главные контакты; 6 – прижимная пружина; 7 – дугогасительный контакт;

8 – дугогасительная камера; 9 – электродинамические компенсаторы; 10 – площадка главных контактов; 11 – гибкая связь; 12 – защелка; 13 – зубцы защелки; 14 – максимальный расцепитель; 15 – обмотка максимального расцепителя; 16 – минимальный расцепитель;

17 – расцепитель с биметаллическим элементом

Это усилие компенсирует электродинамическую силу, возникающую в самих контактах, отталкивая их друг от друга. Деталь (3) осу-

67

ществляет связь между приводным механизмом и штангой привода при автоматическом отключении аппарата. Расцепитель (17) с биметаллическим элементом осуществляет защиту от токов перегрузки, максимальный расцепитель (14) – от токов короткого замыкания, минимальный расцепитель (16) – от снижения напряжения в сетях.

Отключаемые аппаратами токи достигают 70…80 кА. Для гашения электрической дуги используются щелевые камеры, дугогасительные решетки или их сочетания.

Кавтоматическим выключателям предъявляются особые требования по времени размыкания цепи (отключения). Данное время называется временем срабатывания. Время срабатывания – отрезок времени от появления тока короткого замыкания до начала расхождения контактов (до появления дуги). В зависимости от собственного времени срабатывания различают следующие две группы автоматических выключателей.

Первая группа. К автоматам первой группы не предъявляют особо высоких требований в отношении быстродействия, и поэтому для удержания контактной системы автоматического выключателя во включенном положении применяются защелки.

Кпервой группе относятся установочные и универсальные автоматические выключатели. Обычно установочные и универсальные автоматы на номинальный ток свыше 100 А имеют собственное время срабатывания от 10 до 100 мс и поэтому не обладают токоограничивающим действием. При токах короткого замыкания порядка 100 кА применяют специальные меры для повышения быстродействия, тогда время срабатывания автоматических выключателей может быть ограничено значением менее 10 мс.

Вторая группа. Ко второй группе относятся быстродействующие автоматические выключатели на номинальный ток 500…10 000 А.

В быстродействующих автоматических выключателях избегают применения защелки, для расцепления которой необходимо предварительное перемещение деталей до того, как начнется движение

внаправлении размыкания контактов, и время действия механизма получается большим. Эти автоматические выключатели имеют собственное время срабатывания при больших токах в пределах от нескольких десятых до 5 мс.

В состав автоматических выключателей, как правило, входят несколько типов размыкателей (расцепителей): минимальный, тепловой и электромагнитный (рис. 5.10).

68

Расцепители

Электромагнитный расцепитель

(мгновенного действия)

Тепловой расцепитель

(с обратнозависимой выдержкой времени)

Полупроводниковый расцепитель Микропроцессорный расцепитель

Независимый расцепитель

Минимальный расцепитель

Рис. 5.10. Виды расцепителей автоматических выключателей

Минимальный расцепитель срабатывает в момент исчезновения напряжения или снижения напряжения ниже допустимого уровня.

Тепловой расцепитель, предназначенный для защиты от токов перегрузки, срабатывает после нагрева биметаллической пластины. Время нагрева пластины зависит от величины тока, превышающего номинальное значение. Этот тип расцепителя – инерционный. Расцепитель не реагирует на небольшое кратковременное увеличение тока.

Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты от то-

ков короткого замыкания и является быстродействующим. Его срабатывание происходит при превышении значений тока в несколько раз.

Характеристика срабатывания размыкающих устройств автоматических выключателей (зависимость отношения текущего тока к номинальному от времени срабатывания) зависит от типа подключаемой

69

нагрузки. В зависимости от характеристики срабатывания автоматические выключатели подразделяются (A, B, C, D, K, Z):

•автоматические выключатели с характеристикой типа А предназначены для размыкания цепей с большой протяженностью электропроводки и для защиты полупроводниковых устройств;

•автоматические выключатели с характеристикой типа В предназначены для осветительных сетей общего назначения;

•автоматические выключатели с характеристикой типа С предназначены для использования в осветительных сетях и установках

сумеренными пусковыми токами (двигатели и трансформаторы). При этом у выключателей с характеристикой типа С перегрузочная способность магнитного размыкателя вдвое выше по сравнению с выключателями с характеристикой типа В;

•автоматические выключатели с характеристикой типа D используются для защиты цепей с активно-индуктивной нагрузкой и электродвигателей с большими пусковыми токами;

•автоматические выключатели с характеристикой типа К используются для защиты цепей с индуктивной нагрузкой;

•автоматические выключатели с характеристикой типа Z используются для защиты цепей с электронными устройствами.

В связи с ужесточением требований к качеству защиты низковольтных электроустановок (чувствительности, селективности, быстродействию и надежности) нашли широкое применение полупроводниковые расцепители автоматических выключателей.

Использование полупроводниковых расцепителей позволило существенно повысить чувствительность защиты к коротким замыканиям с малыми токами замыкания, соизмеримыми с токами рабочих и пусковых режимов, в частности, к однофазным замыканиям в четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью и коротким замыканием в электродвигателях и трансформаторах и т.п.

Применение микропроцессоров в расцепителях позволяет наделить автоматические выключатели новыми функциями и свойствами. С их помощью защитные характеристики становятся исключительно гибкими. Дополнительно к защитным функциям они позволяют измерять фазные токи и напряжения, электрическую мощность и энергию, отображать текущие значения и действующие уставки на лицевой панели аппарата. С помощью установки специальных датчиков возможно контролировать технический ресурс и тепловое состояние аппарата. В сочетании с самодиагностикой микропроцессорного расце-

70