2. Аппараты распределительных устройств низкого напряжения

2.1. Автоматические выключатели

2.1.1. Общие сведения

Автоматический выключатель (автомат) - аппарат, предназначенный

для нечастых замыканий и размыканий электрической цепи и длительного

прохождения по нему тока, а также для автоматического размыкания цепей

при появлении в них короткого замыкания, перегрузок по току, падения

напряжения ниже допустимого, изменении направления тока или мощности.

Применение выключателей вместо плавких предохранителей дает

следующие преимущества:

- при перегрузке или коротком замыкании выключатель отключает все

фазы защищаемой им цепи, благодаря чему исключается возможность

однофазной работы трёхфазных двигателей; - уменьшаются простои, так как включить сработавший выключатель

быстрее, чем сменить сгоревший предохранитель;

- выключатели имеют защитные характеристики срабатывания,

обеспечивающие более совершенную защиту, чем плавкие

предохранители.

Вместе с тем автоматические включатели имеют более высокую

стоимость, чем предохранители.

В зависимости от назначения и требуемых параметров автоматические

выключатели различают по мощности (току), числу полюсов (одно-, двух- и

трёхполюсные), исполнению защитных расцепителей, быстродействию и

конструктивному исполнению.

К автоматам предъявляют следующие требования:

- токоведущая цепь автомата должна пропускать номинальный ток в

течение сколь угодно длительного времени, а также выдерживать

воздействие больших токов КЗ;

- автомат должен обеспечивать без повреждений многократное

отключение предельных токов КЗ;

- для обеспечения электродинамической и термической стойкости

энергоустановок, уменьшения разрушений, вызываемых токами КЗ,

автоматы должны иметь малое время отключения;

- элементы защиты должны обеспечивать необходимое время

срабатывания и селективность.

В любом автомате есть следующие основные узлы: токоведущая цепь,

дугогасительная система, привод автомата, механизм свободного расцепления

и элементы защиты - расцепители.

Токоведущая цепь. Наиболее важной частью токоведущей цепи

являются контакты. При номинальных токах до 200 А применяется одна пара

контактов, которые для увеличения дугостойкости могут быть облицованы

металлокерамикой. При токах более 200 А применяются часто пары главных и дугогасительных контактов. Основные контакты облицовываются серебром

либо металлокерамикой (серебро, никель, графит). Дугогасительные

покрываются металлокерамикой (серебро, вольфрам и серебро, никель).

Дугогасительная система. В автоматах применяются полузакрытое и

открытое исполнение дугогасительных устройств.

В установочных и универсальных автоматах массового применения

широко используется деионная дугогасительная решетка из стальных пластин,

рис. 8.

В решетке на рис. 8.а) дуга выводится на пластины и делится между

ними с помощью магнитного поля напряженностью Н, создаваемого

специальной системой, на короткие дуги. На рис.8.6) дуга втягивается в

решётку за счет электродинамических усилий, возникающих в контуре 1, 3, 2, и

за счёт усилий, действующих на дугу, благодаря наличию ферромагнитных

п ластин 5.

Рисунок 8 - Виды дугогасительных решёток

Ферромагнитные пластины применяются на постоянном и переменном

токе частотой 50 Гц. В этом случае сила, действующая на дугу, перемещает её в

решетку и препятствует выходу дуги из неё. Это является большим

достоинством ферромагнитных пластин. При этом дуга горит с минимальным

выбросом ионизированных и нагретых газов из дугогасительного устройства.

Недостатком дугогасительной решетки является прогорание пластин в

повторно-кратковременном режиме при токе 600 А и более. Для уменьшения

этого процесса пластины покрывают медью или цинком.

Приводы. Привод должен обеспечить усилие на контактах, необходимое

для включения автомата в самом тяжелом случае - на существующее КЗ.

Приводы могут быть ручные и электромеханические. Ручные приводы

применяются при номинальных токах до 200 А.

При токах до 1 кА применяются электромагнитные приводы,

обеспечивающие необходимую скорость нарастания давления в контактах.

Недостатком электромагнитного привода являются большие скорости

движения и удары в механизме, которые могут привести к вибрации контактов.

В автоматах на токи 1500 А и выше желательно применение электро-

двигательного привода.

Расцепители. Расцепитель - узел автомата, контролирующий заданный

параметр и подающий сигнал на отключение при отклонении этого параметра

от установленного значения. Различают конструкции расцепителей: тепловое

реле (биметаллическая пластина), электромагнитный и полупроводниковый.

Тепловой расцепитель обеспечивает защиту электрических объектов в

режиме тепловой перегрузки. Биметаллическая пластина нагревается за счет

прохождения через неё тока, изгибается и разрывает цепь питания

электрооборудования. Однако эти расцепители имеют следующие недостатки:

- с ростом отключаемого тока растет усилие, необходимое для

расцепления автомата. Поэтому тепловой расцепитель применяется

при токах до 200 А;

- выдержка времени тепловых расцепителей зависит от температуры

окружающей среды;

- малая термическая стойкость тепловых расцепителей определяет

малую допустимую длительность КЗ, что затрудняет получение

необходимой селективности.

Электромагнитный расцепитель обеспечивает максимальную (по

току КЗ) и минимальную (по напряжению) защиту.

На рис.9 показана схема работы максимального расцепителя. При прохождении по цепи катушки 2 электромагнитного расцепителя номинального тока пружина 3 удерживает якорь электромагнита 4 разомкнутым, а защелка 1 - главные контакты ГК - замкнутыми. При повышении тока в цепи катушки 2 сила тяги электромагнита возрастает до величины, превосходящей силу удерживающей пружины 3. Якорь 4 замыкает магнитную цепь электромагнита, этим освобождая защелку 1 и размыкая ГК.

На рис. 10 показана схема работы минимального расцепителя. При номинальном напряжении в цепи катушки 1 электромагнита протекает ток, достаточный для создания силы тяги, чтобы удержать якорь 5 в притянутом состоянии. При снижении напряжения в питающей сети снижается ток в цепи катушки 1. Сила удерживающей катушки 3 в какой-то момент превосходит силу тяги электромагнита 1, отрывает якорь 5 от катушки, размыкает защелку ,2 и размыкаются ГК.

Регулирование I_СРАБ можно производить за счет натяжения пружины или

и зменением числа витков обмотки.

Рисунок 9 - Схема работы

максимального расцепителя

Рисунок 10 - Схема работы

минимального расцепителя

Более совершенной является защита с помощью полупроводниковых

расцепителей, которые широко используются в современных автоматах серий

А- 3700 и ВА.