4. Автоматические выключатели

Автоматические выключатели (выключатели, автоматы) являются коммутационными электрическими аппаратами, предназначенными для проведения тока в нормальных режимах и для автоматического отключения электроустановок при возникновении токов короткого замыкания и перегрузок, чрезмерного понижения напряжения питания, изменения направления мощности и т.п. Возможно использование выключателя для нечастых коммутаций номинальных токов. Некоторые выключатели позволяют производить редкий запуск и останов асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

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.

Электромагнитный максимальный расцепитель, представляющий собой электромагнит с якорем, обеспечивает автоматическое отключение выключателя при токах короткого замыкания, превышающих уставку по току.

Тепловой максимальный расцепитель представляет собой термобиметаллическую пластину. При токах перегрузки деформация и усилия этой пластины обеспечивают автоматическое отключение выключателя. Выдержка времени уменьшается с ростом тока.

Полупроводниковые расцепители 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).

Во многих автоматических выключателях применяют комбинированные расцепители, использующие тепловые элементы для защиты от токов перегрузок и электромагнитные для защиты от токов коротких замыканий без выдержки времени (отсечки).

Выключатель также имеет дополнительные сборочные единицы, которые встраиваются в выключатель или крепятся на нем снаружи. Ими могут быть независимый, нулевой или минимальный расцепители напряжения, свободные или вспомогательные контакты, ручной, электромагнитный или электродвигательный привод, сигнализация автоматического отключения, устройство для запирания выключателя в положении «Отключено».

Независимый расцепитель представляет собой электромагнит с питанием от постороннего источника напряжения. Минимальный и нулевой расцепитали могут выполняться с выдержкой времени и без выдержки времени. С помощью независимого или минимального расцепителя возможно дистанционное отключение автоматического выключателя.

 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.

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;

б) тепловые - для защиты от перегрузок;

в) комбинированные, совмещающие в себе электромагнит­ные и тепловые расцепители;

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).

Полупроводниковые расцепители имеют более стабильные параметры и удобны в настройке.

Если автомат не имеет максимальных расцепителей, то он используется только для коммутаций цепей без тока.

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 (0,14 - 0,35)U_ном. Не­зависимые расцепители служат для дистанционного отключения автоматов, максимальные токовые — для защиты электрических цепей (кроме двигателей) от перегрузки.

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.