3.5 Коммутационные аппараты напряжением ниже 1кВ

К коммутационным аппаратам электрических сетей напряжением до 1 кВ относятся:

• автоматический выключатель,

• предохранитель,

• магнитный пускатель,

• устройство защитного отключения (УЗО)

• дифференциальный автомат (УЗО-Д)

• контактор,

• реле,

• рубильник,

• пакетный выключатель.

Автоматический выключатель – коммутационный аппарат, предназначенный для осуществления оперативного управления участками электрических цепей напряжением до 1 кВ, а также для их защиты от перегрузок и токов короткого замыкания. Автоматические выключатели (АВ) изготавливаются в одно-, двух, трех- и четырехполюсном исполнениях (рис.2.8). Они не предназначены для частых включений-отключений электрических цепей. Как правило, АВ рассчитаны на 30 циклов включения-отключения (ВО) в сутки.

По роду тока главной цепи различают АВ постоянного тока; переменного тока; постоянного и переменного тока. Номинальные токи главных цепей выключателей, предназначенных для работы при температуре окружающего воздуха до 40 C, должны выбираться из ряда: 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300 А. Дополнительно по заказу могут выпускаться выключатели на номинальные токи главных цепей выключателей 1500, 3000, 3200 А.

в)

Выключатели подразделяются по собственному времени срабатывания t_св (времени с момента подачи команды до начала размыкания контактов) на

• нормальные t_c.в=0,02-0,1с,

• селективные (t_{c в} регулируется до 1с)

• быстродействующие, обладающие токоограничивающим эффектом (t_с.в не более 0,005 с).

Для отключения токов перегрузки и токов КЗ автоматические выключатели имеют расцепители. Назначение расцепителей:

а) электромагнитные – для защиты от тока КЗ;

б) тепловые – для защиты от перегрузок;

в) комбинированные, совмещающие в себе электромагнитные и тепловые расцепители (к этому виду относятся также микропроцессорные расцепители).

На рис. 2.9 представлены электрические схемы автоматических выключателей с термомагнитным (комбинированным) расцепителем сверхтоков (а) и с микропроцессорным расцепителем (б).

Ток срабатывания теплового расцепителя определяется времятоковой характеристикой, т.е. зависит от величины тока перегрузки и продолжительности его воздействия. Отключение токов КЗ выполняется с помощью электромагнитного расцепителя мгновенного действия, который при увеличении тока сверх допустимого выбивает защелку отключающей пружины, взводимую при включении. Выключатели снабжаются дугогасительной решеткой, которая находится над контактами и предназначена для гашения электрической дуги, возникающей при разрыве цепи с большими токами. Современные выключатели (например, серии ВА-88) для отключения сверхтоков имеют микропроцессорный расцепитель, имеющий высокую надежность, точность срабатывания и независимость от температуры окружающей среды [16]. Полупроводниковые расцепители позволяют ступенчато менять следующие параметры: номинальный ток расцепителя, время срабатывания в зоне перегрузки, отношение тока срабатывания при токе КЗ (время отключения - 0,1; 0,25; 0,4 с).

Полупроводниковые расцепители имеют более стабильные параметры и удобны в настройке.

Кроме указанных выше, имеются также минимальные, нулевые, независимые и максимальные токовые расцепители. Минимальные расцепители отключают включенный автомат при U=(0,350,7) U_ном; нулевые расцепители – при (0,10,35) U_ном. Независимые расцепители служат для дистанционного отключения автоматов, максимальные токовые – для защиты электрических цепей (кроме двигателей) от перегрузки.

Наиболее современными, являются автоматические выключатели серии ВА, предназначенные для замены устаревших А31, А37, АЕ, АВМ и «Электрон». Они имеют уменьшенные габариты, совершенные конструктивные узлы и элементы. Работают в сетях постоянного и переменного тока.

Дифференциальные автоматы – это устройства защитного отключения (УЗО) типов АД-12, АД-14, ВД-1-63, F-360, F-370 и другие, которые предназначены для защиты человека от поражения электрическим током при случайном или преднамеренном прикосновении к токоведущим частям электроустановок при повреждении изоляции (уставки срабатывания 10, 30, 100 мА). Выключатели с уставками 300 и 500 мА предназначены для предотвращения возгораний и пожаров при протекании токов утечки на землю. В основу работы УЗО (рис.2.9) [23] положен принцип срабатывания дифференциального реле при нарушении баланса токов в его плечах. Для однофазного УЗО контролируется баланс токов, протекающих по двум проводникам, для трехфазного по четырем проводникам. Нарушение баланса свидетельствует о появлении утечки тока, проходящего мимо УЗО, т.е. о появлении неисправности (пунктирная линия на рис.2.10). В этом случае действием УЗО электроустановка отключается.

П ускатели ручные кнопочные (серий ПРК-16 и др.) предназначены для ручного включения и отключения трехфазных асинхронных электродвигателей, а также для их защиты от перегрузки и токов КЗ Для выполнения этих функций пускатели снабжаются тепловым и электромагнитным расцепителями. Пускатели электромагнитные серии ПМ12, а также типов ПМ 12-125, ПМЕ-200 и ПМА-3000 предназначены для применения главным образом в стационарных установках для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором при напряжении до 660 В переменного тока частоты 50 и 60 Гц. Для ограничения коммутационных перенапряжений, возникающих при отключении пускателей на катушках управления, на пускатели ПМ12 степеней защиты IP00 и IP20 могут устанавливаться ограничители перенапряжений ОПН. Используются также пускатели бесконтактные реверсивные ПБР, предназначенные для управления электроисполнительными механизмами и приводами, а также для пуска, реверса любых синхронных и асинхронных двигателей мощностью до 1,1 кВт.

Контакторы – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при пуске и останове приводных электродвигателей. Замыкание или размыкание контактов контактора осуществляется чаще всего с помощью электромагнитного привода. Контактор не защищает оборудование от токов КЗ. Для этой цели последовательно с ним устанавливается либо автомат с ручным приводом, либо плавкие предохранители.

Общепромышленные контакторы классифицируются:

• по роду тока главной цепи и цепи управления (включающей катушки) -постоянного, переменного, постоянного и переменного тока; 

• по числу главных полюсов - от 1 до 5; 

• по номинальному току главной цепи - от 1,5 до 4800 А;  и ряду других признаков, которые отражаются в типе контактора, присваемого предприятием – изготовителем.

Контактор состоит из следующих основных узлов: главных контактов, дугогасительной системы,  электромагнитной системы, вспомогательных контактов.

Главные контакты осуществляют замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой их частоте. Дугогасительные камеры контакторов постоянного тока построены на принципе гашения электрической дуги поперечным магнитным полем в камерах с продольными щелями.

Рубильники - низковольтные аппараты, предназначенные для включения и отключения электрической цепи с малыми токами нагрузки и создания видимого разрыва в цепи при выводе в ремонт оборудования. С помощью рубильника разрешается замыкать и размыкать цепь, величина тока в которой не превышает номинальный ток рубильника (указан на рубильнике).

Электроприемники к шинопроводам могут подключаться по следующим схемам (рис 2.11):

а) - Сборные шины – рубильник – автомат с электрическим приводом - электроприемник (рис.2.11 – а). При необходимости вывести в ремонт оборудование рубильник используется для создания видимого разрыва в сети. Автомат служит для дистанционных включений и отключений оборудования, а также для защиты от токов КЗ.

б) - Сборные шины – рубильник – автомат с ручным приводом – контактор – электроприемник (рис.2.11 – б). Контактор целесообразно использовать при частых пусках и остановах электроприемника. При необходимости вывести в ремонт оборудование рубильник также используется для создания видимого разрыва

в) силовой пункт (сборка питания) - автомат с ручным включением – магнитный пускатель – электроприемник (рис.2.11 – в).

Пакетные выключатели и переключатели. Пакетные выключатели служат для включения и отключения электрических цепей постоянного и переменного тока до 100 А при напряжении 220 В и до 60 А — при напряжении 380 В. Пакетные выключатели и переключатели значительно компактнее рубильников. Пакетные выключатели монтируются с выводом на панель только рукоятки, что обеспечивает безопасность работы обслуживающего персонала. Пакетный выключатель состоит из переключающего механизма и контактной группы. Подвижные контакты находятся внутри корпуса, клеммы неподвижных контактов выступают из корпуса. Пакетные выключатели выпускаются на токи 10 и 25 А при напряжении 220 В в одно-, двух- и трехполюсном исполнениях. Последние применяются для включения трехфазных асинхронных двигателей (например, в универсальных приводах). В трехполюсном пакетном выключателе три подвижных контакта расположены между четырьмя изоляционными шайбами. Эти же пакетные выключатели могут применяться и при напряжении 380 В, но допустимая величина тока для них снижается соответственно до 6 и 15 А

Кроме пакетных выключателей, широко применяются и пакетные переключатели. В пакетном переключателе только одно положение соответствует отключенному состоянию приемника, а три остальных - включенному различными способами. Такие переключатели используются при необходимости переключения скоростей вращения двигателя, например: на скорости 1000, 1500 и 3000 об/мин, при изменении направления вращения двигателя и т.п.

Вопросы для самопроверки

1. Какое оборудование ПС принято классифицировать как «силовое».

2. В чем особенность конструкции ат по сравнению с обычными Тр.

3. Какие силовые трансформаторы используются во внутризаводских сетях, схемы соединения их обмоток, применяемые системы охлаждения.

4. Виды и назначение измерительных трансформаторов.

5. КТП в схемах СЭС, их щсновные характеристики.

6. Коммутационные аппараты, используемые в схемах ВН питающих ПС. Последовательность их установки и действия.

7. Основные характеристики и требования к высоковольтным выключателям.

8. Виды низковольтных коммутационных аппаратов. Специфика схем их использования.

9. Элементы конструкции автоматических выключателей напряжением до1 кВ и их назначение.

10. Защитные аппараты сетей до 1000 В