Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические и электронные аппараты. Учебное пособие.pdf
Рис. 2.17. Защитные характеристики выключателя
Выключатели с полупроводниковыми расцепителями в условиях экс-
плуатации допускают регулировку номинального тока расцепителя; уставок
по току срабатывания в зоне короткого замыкания; уставок по времени срабатывания в зоне перегрузки; уставок по времени срабатывания в зоне короткого замыкания только для селективных автоматических выключателей.
Наличие полупроводникового расцепителя делает возможным быстрое повторное включение выключателя после отключения аварийного тока.
Автоматические выключатели с дополнительными устройствами обеспечивают дистанционное отключение под воздействием управляющего сигнала, защиту от недопустимого снижения напряжения (нулевую защиту),
а также дистанционное включение и отключение.
Минимальный расцепитель (расцепитель нулевого напряжения РНН)
обеспечивает отключение включенного выключателя без выдержки времени.
Расцепитель независимый (РН), представляющий собой электромагнит
с шунтовой катушкой, кинематически связан с механизмом управления
и обеспечивает отключение выключателя при подаче на его катушку напряжения. Применяются также автоматы, которые можно отключить дистанционно.
В распределительных электрических сетях при коротких замыканиях
необходимо отключать только поврежденный участок с сохранением
71
электроснабжения других потребителей. Селективность (избирательность)
действия зашиты обеспечивается в ряде случаев рациональным выбором
уставок по току срабатывания электромагнитных расцепителей, а в основном используется иерархический ступенчато-временной принцип сраба-
тывания аппаратов. В первых конструкциях так называемых селективных
выключателей для этой цели использовались различные замедлители сра-
батывания электромагнитных расцепителей: пневматические, гидравличе-
ские, с анкерным механизмом.
В связи с усложнением требований к качеству зашиты низковольтных
электроустановок (чувствительности, селективности, быстродействию
и надежности) в шестидесятые годы появились полупроводниковые расцепители. В основном из-за высокой стоимости сначала их стали применять
в многоамперных аппаратах (на номинальные токи свыше 1000 А). Сейчас
они широко применяются в выключателях с номинальными токами свыше
160 А. В нашей стране первыми аппаратами с новым типом расцепителя были выключатели серии «Электрон» и серии А3700 (рис. 2.18).
Рис. 2.18. Автоматический выключатель «Электрон»
72
В настоящее время им на смену пришли выключатели типа ВА-75
и ВА53-55, в которых расцепители выполнены на микроэлектронной элементной базе. В последние годы в расцепителях стали применять микропроцессоры.
Рис. 2.19. Полупроводниковый расцепитель
На рис. 2.19 приведена структурная схема полупроводникового расцепителя. В качестве датчика тока применены нестандартные встроенные
трансформаторы тока. Они одновременно используются также и для электропитания устройства. Такое техническое решение использовано практически во всех аппаратах переменного тока. Объединение сигналов от каждой фазы в виде напряжения на резисторах R1, R2 и R3 выполняется при
помощи выпрямителя. Сигнал напряжения, пропорциональный току, с ре-
зистора R1 поступает на суммирующий блок U∑. Если под воздействием
перегрузки сработает полупроводниковое реле К1, в суммирующий блок
пройдет сигнал, снимаемый с цепочки временной задержки R4С1. Когда
результирующий сигнал в суммирующем блоке достигнет порогового
значения, суммирующий блок выдаст сигнал на отключающий орган ОК
выключателя. Таким образом формируется защитная обратнозависимая
характеристика между временем срабатывания и током перегрузки.
73
Для создания независимой от тока характеристики срабатывания в зоне
токов короткого замыкания используется сигнал, снимаемый с резистора R3.
Важно отметить, что с помощью полупроводниковых расцепителей
удалось существенно повысить чувствительность защиты к коротким замы-
каниям с малыми токами замыкания, соизмеримыми с токами рабочих
и пусковых режимов, в частности к однофазным замыканиям в четырехпро-
водных сетях с глухозаземленной нейтралью, к коротким замыканиям с то-
ками, ограниченными дугой, к витковым замыканиям в электродвигателях
и трансформаторах и т. д. Для этой цели используются фильтры токов нуле-
вой последовательности, а также характерные параметры электрической дуги, выявленные при помощи различных электронных средств.
Применение микропроцессоров в расцепителях позволяет также наде-
лить выключатели новыми функциями и свойствами. С их помощью защит-
ные характеристики становятся исключительно гибкими. Они позволяют
дополнительно к защитным функциям измерять фазные токи и напряжения,
электрические мощность и энергию и отображать текущие значения и действующие уставки на лицевой панели аппарата. При помощи установки специальных датчиков можно также контролировать технический ресурс и тепловое состояние аппарата. В сочетании с самодиагностикой микропроцессорного расцепителя указанные новые функции и свойства существенно
улучшают потребительские качества выключателей.
В полупроводниковых расцепителях для аппаратов постоянного тока
в качестве датчиков тока используются магнитные усилители, расположенные на участке токоведушей шины, а питание схемы выполняется от
напряжения главной цепи аппарата.
Расцепители дифференциального тока реагируют на токи утечки и в за-
висимости от чувствительности расцепителей используются или для повы-
шения пожаробезопасности оборудования (при токах срабатывания 100–
300 мА) или (при токах срабатывания 10–30 мА) для создания устройств защитного отключения – устройств защиты от поражения человека электрическим током – на базе малоамперных (до 63 А) выключателей. Они также вы-
74
полняются либо по электромеханическому принципу (например, Астро
НАП НС
UU=
НАП Р
II≥
1,25
ТР Н
II≥
+
–
А В С
QF
QF
УЗО), либо с применением электроники (УЗО 2000, УЗО 20 и ряд других).
Условное графическое и буквенное обозначение автоматических выключателей показано на рис. 2.20.
Рис. 2.20. Условное обозначение автоматических выключателей
Выбор автоматических выключателей осуществляют по номинально-
му напряжению и номинальному току, номинальному току расцепителей,
току срабатывания, времени срабатывания и допустимой коммутационной
способности от токов короткого замыкания.
Условия выбора автоматических выключателей:
– по номинальному напряжению
; (2.5)
– по номинальному току
; (2.6)
– по току уставки расцепителя:
• для одиночного ЭП ток уставки теплового расцепителя
, (2.7)
75
• для одиночного ЭП ток уставки электромагнитного расцепителя
1,2 ( )
ЭР Р пуск
I II≥
пуск
I
max
1,1
ТР
II≥
max
I
max
1,2( )
ЭР пуск
I II≥+
, (2.8)
где
– пусковой ток электродвигателя;
• для группы силовых ЭП ток уставки теплового расцепителя
, (2.9)
где
– наибольший суммарный ток группы электроприемников;
• для группы силовых ЭП ток уставки электромагнитного расцепителя
. (2.10)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.4
ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВОЗДУШНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
Цель работы: изучить устройство, конструкции и принцип действия
автоматических выключателей, применяемых в системах электроснабже-
ния и в электроприводах.
Основные теоретические сведения
Автоматический воздушный выключатель (автомат) – аппарат, пред-
назначенный для автоматического размыкания электрических цепей.
Как правило, автоматические выключатели выполняют функции защи-
ты при коротких замыканиях, перегрузках, снижении или исчезновении
напряжения, изменении направления передачи мощности или тока и т. п.
76
Независимо от назначения автоматы состоят из следующих основных
узлов:
а) контактной системы;
б) дугогасительной системы;
в) привода;
г) механизма свободного расцепления расцепителей;
д) коммутатора с блок-контактами.
Контактная система автоматов должна находиться под током, не отключаясь весьма длительное время, и быть способной выключать большие
токи короткого замыкания. Широкое распространение получили двухступенчатые (главные и дугогасительные) и трехступенчатые (главные, промежуточные и дугогасительные) контактные системы.
Дугогасительная система должна обеспечивать гашение дуги больших токов короткого замыкания в ограниченном объеме пространства. За-
дача дугогасительного устройства заключается в том, чтобы ограничить
размеры дуги и обеспечить ее гашение в малом объеме. Распространение
получили камеры с широкими щелями и камеры с дугогасительными ре-
шетками.
Привод в автомате служит для включения автомата по команде оператора.
Отключение автоматов осуществляется отключающими пружинами.
Механизм свободного расцепления предназначен:
а) для исключения возможности удерживать контакты автомата во
включенном положении (рукояткой, дистанционным приводом) при нали-
чии ненормального режима работы защищаемой цепи;
б) обеспечения моментального отключения, т. е. не зависящей от операторов, рода и массы привода скорости расхождения контактов.
Механизм представляет собой систему шарнирно-связанных рычагов,
соединяющих привод включения с системой подвижных контактов, кото-
77
рые связаны с отключающей пружиной. Механизм свободного расцепле-
нз
I
ния позволяет автомату отключаться в любой момент времени, в том чис-
ле и в процессе включения, когда включающая сила воздействует на подвижную систему автомата.
При отключении автомата первыми размыкаются главные контакты,
и весь ток перейдет в параллельную цепь дугогасительных контактов
с накладками из дугостойкого материала. На главных контактах дуга не
должна возникать, чтобы они не обгорели. Дугогасительные контакты
размыкаются, когда главные контакты расходятся на значительное расстояние. На них возникает электрическая дуга, которая выдувается вверх
и гасится в дугогасительной камере.
Расцепители – элементы, контролирующие заданный параметр цепи
и воздействующие через механизм свободного расцепления на отключение
автомата при отклонении заданного параметра за установленные пределы.
В зависимости от выполняемых функций защиты расцепители бывают:
а) токовые максимальные мгновенного или замедленного действия –
срабатывают при токовых перегрузках;
б) минимального напряжения – для отключения автомата при снижении напряжения ниже определенного уровня;
в) обратного тока – срабатывают при изменении направления тока;
г) тепловые – работают в зависимости от величины тока и времени
его протекания (применяются обычно для защиты от перегрузок);
д) комбинированные – срабатывают при сочетании ряда факторов.
Блок-контакты служат для производства переключения в цепях управления, блокировки, сигнализации в зависимости от коммутационного положения автомата. Блок-контакты выполняются замыкающими и размыкающими.
Номинальный ток защищающего от перегрузки электромагнитного
теплового или комбинированного расцепителя автоматов
78
выбирается
по длительному расчетному току линии
нз нл
II=
ср
I
1,25
ср кр
II=
кр
I
. Ток срабатывания (от-
сечки) электромагнитного расцепителя
определяется из соотношения
,
где
– максимальный кратковременный ток линии, который при от-
ветвлении к одиночному электродвигателю равен его пусковому току. Ко-
эффициент 1,25 учитывает неточность в определении максимального
кратковременного тока линии и разброс характеристик расцепителей.
Автоматические выключатели серии А3700 рассчитаны на напряжение до 440 В постоянного тока и до 660 В переменного тока и номинальную силу тока 160, 250, 400 и 630 А. Уставки токов срабатывания выклю-
чателей составляют десятикратную величину их номинальных токов. Се-
рийно изготовляются также автоматические выключатели типов АЕ2000
на номинальный ток до 100 А; АК63 на номинальный ток до 63 А; А63 на
номинальный ток до 25 А и т. п.
План работы
1. Для исследования свойств автоматического выключателя А63-М
собрать схему (рис. 2.21).
Рис. 2.21. Схема испытания автоматического выключателя
79
Особенность этого автомата состоит в том, что он не имеет теплового
Значение тока
расцепителя, а только расцепитель максимального тока.
2. Включить ЛАТР и, плавно увеличивая ток нагрузки через автомат,
добиться срабатывания максимальной защиты. Зафиксировать показания
амперметра. Затем вернуть регулятор ЛАТРа в положение MIN и установить
рычаг выключателя в положение «0». Далее вновь включить автомат и повторить опыт несколько раз. Показания прибора А1 занести в табл. 2.4.
Таблица 2.4
Результаты опыта
уставки
Значение тока нагрузки, при котором срабатывает автомат
ВНИМАНИЕ! Не допускать длительной работы автомата в режиме
перегрузки. После каждого срабатывания делать паузу 5 мин для остывания катушки расцепителя.
Контрольные вопросы
1. Назначение воздушных выключателей.
2. Понятие о времени срабатывания автомата.
3. Основные узлы автоматов и их назначение.
4. Функции и виды расцепителей.
5. Принцип гашения дуги в автомате.
6. Вид характеристики теплового расцепителя.
7. Основные параметры воздушных выключателей.
80