Цель работы.
1.1.Изучение конструкции аппаратов управления и защиты: автоматического выключателя.
1.2.Овладение методикой снятия время-токовых характеристик автоматического выключателя.
Краткие теоретические сведения.
Развитие современной техники невозможно без широкого использования электрических и электронных аппаратов – устройств управления потоками энергии и информации, осуществляющих:
включение и отключение электрических цепей объектов, принимающих участие в получении, преобразовании, передаче, распределении и потреблении электроэнергии;
контроль и измерения параметров указанных объектов;
защиту их от несанкционированных режимов работы;
управление технологическими процессами;
регулирование (поддержания на неизменном уровне или изменение по определенному закону) параметров объектов;
преобразование неэлектрических величин в электрические.
Электрические аппараты (ЭА) – это электротехнические устройства, применяемые при использовании электрической энергии, начиная от ее производства, передачи, распределения и кончая потреблением.
Одним из основных признаков классификации ЭА является напряжение. По этому признаку различают:
аппараты низкого (до 1000 В) напряжения (АНН);
аппараты высокого (свыше 1000 В) напряжения (АВН).
Большинство АНН условно можно разделить на следующие виды:
аппараты управления и защиты – автоматические выключатели, контакторы, реле, пускатели электродвигателей, переключатели, рубильники, предохранители, кнопки управления и другие аппараты, управляющие режимом работы оборудования и его защитой;
аппараты автоматического регулирования – стабилизаторы и регуляторы напряжения, тока, мощности и других параметров электрической энергии;
аппараты автоматики – реле, датчики, усилители, преобразователи и другие аппараты, осуществляющие функции контроля, усиления и преобразования электрических сигналов.
Следует отметить, что АНН иногда классифицируют по величине коммутируемого тока:
слаботочные (до 10 А);
сильноточные (свыше 10 А).
При этом нижние пределы коммутируемых современными ЭА токов достигают 10-9 А, а напряжений – 10-5 В.
АВН работают в сетях с напряжением до 1150 кВ переменного тока и 750 кВ постоянного тока и также существенно различаются по своим функциям. К АВН обычно относят следующие основные виды аппаратов:
выключатели высокого напряжения, обеспечивающие включение и отключение электрических цепей в различных режимах работы, включая аварийные;
токоограничивающие реакторы для ограничивания токов КЗ;
шунтирующие реакторы для ограничения перенапряжений и компенсации реактивной мощности;
разъединители и отделители для отключения цепи без тока при ремонте электрооборудования;
измерительные трансформаторы для высоковольтных цепей.
Электрические аппараты как низкого, так и высокого напряжения обычно являются конструктивно законченными техническими устройствами, реализующими определенные функции и рассчитанными на разные условия эксплуатации.
В основе большинства электромеханических ЭА лежит контактная система с различными типами приводов – ручным, электромагнитным, механическим и др.
К электромеханическим ЭА относятся электромеханические реле, датчики, исполнительные устройства (электромагнитные клапаны, преобразователи, муфты), командная аппаратура (конечные и путевые выключатели).
Электрическое реле – это коммутационное устройство, предназначенное производить скачкообразные изменения в управляемых цепях при заданных значениях воздействующих на него электрических величин.
Электрические реле подразделяются на два класса: электромеханические реле и статические электрические реле.
Электромеханическое реле – электрическое реле, работа которого основана на использовании относительного перемещения его элементов.
Статическое электрическое реле – электрическое реле, принцип работы которого не связан с использованием относительного перемещения его элементов.
Предохранители
Предохранители – это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки.
Основной элемент предохранителя – плавкая вставка постоянного и переменного сечения, которая при токах срабатывания сгорает (плавится с последующим возникновением и гашением электрической дуги), отключая электрическую цепь. По конструктивному исполнению предохранители условно можно разделить на открытые (вставка не защищена патроном или размещена в трубке, открытой с торцов), закрытые (вставка расположена в закрытом патроне) и засыпные (вставка находится в патроне, полностью заполненном мелкозернистым наполнителем, например, кварцевым песком) На рис. 1. показаны различные варианты исполнения плавких вставок.
Рисунок 1 - Варианты исполнения плавких вставок:
а – постоянного сечения; б – переменного сечения на напряжение
220 В; в – переменного сечения на напряжение свыше 380 В; г – для предохранителя с наполнителем
Автоматический выключатель
Автоматические выключатели низкого напряжения (до 1000 В) предназначены для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов (коротких замыканий, перегрузок, снижения и исчезновения напряжения), а также для оперативной коммутации номинальных токов. Для обеспечения селективной (избирательной) защиты в автоматах предусматривается возможность регулирования уставок по току и по времени.
Принципиальная схема универсального автоматического выключателя приведена на рис. 2.
Рисунок 2 - Схема автоматического выключателя.
В автоматическом выключателе имеются три основных узла: контактно-дугогасительная система (элементы 10 - 16), узел привода и передаточного механизма (элементы 5 - 9), блок управления и защиты (элементы 1 - 4).
Аппарат коммутирует электрическую цепь с током i , в результате цепь отключается и дуга в аппарате гасится. Для ручного включения автоматического выключателя поворачивают рукоятку 5 в указанном направлении до момента, когда привод не встанет на защелку. Главные контакты 15 и дугогасительные контакты 11 будут замкнуты, а отключающая пружина 6 взведена. Кроме ручного в автоматическом выключателе могут быть электромагнитный привод 8.
При включении первым замыкаются дугогасительные контакты 11, после них – главные контакты 15. При отключении в начале расходятся главные контакты и ток переходит в дугогасительные контакты. В результате на главных контактах предотвращается образование дуги большой мощности. Дуга гасится в дугогасительном устройстве 12. Гибкая латунная связь 16 необходима для создания цепи тока, когда он переходит в дугогасительные контакты 11.
Детали 13 образуют компенсатор электродинамических сил, который создает дополнительное электродинамическое усилие взаимодействия двух шарнирносвязанных деталей с противоположнонаправленными токами. Это усилие суммируется с усилием контактной пружины 14 и компенсирует электродинамическую силу, возникающую в самих контактах, и отталкивающую их друг от друга.
Деталь 9, осуществляющая связь между рукояткой 5 и валом 7 аппарата, является механизмом свободного расцепления, который разрывает связь между рукояткой и валом при автоматическом отключении аппарата от блока управления и защиты.
Расцепитель 1 с биметаллическим элементом осуществляет защиту от токов перегрузки, электромагнитный расцепитель 2 – от токов короткого замыкания, расцепитель 3 – от снижения напряжения в сетях, независимый расцепитель 4 – дистанционное отключение.
Для выполнения защитных функций выключатели снабжаются специальными устройствами, воздействующими в аварийных режимах на механизм свободного расцепления. В связи с этим они получили название – «расцепители». В зависимости от параметра аварийного режима, на который реагируют расцепители, они подразделяются на следующие основные типы:
расцепители максимального тока, срабатывающие при увеличении тока в главной цепи аппарата выше определенного уровня – уставки;
расцепители дифференциального тока, срабатывающие при сверх допустимой разности токов в полюсах аппарата;
расцепители минимального напряжения, срабатывающие при снижении контролируемого напряжения ниже заданного уровня или при исчезновении напряжения.
Выключатели, рассчитанные на массовое применение, особенно на номинальные тока ниже 630 А, содержат наиболее простые, дешевые и надежные расцепители:
электромагнитные расцепители срабатывают без выдержки времени и предназначены для защиты в зоне токов коротких замыканий;
в термобиметаллических(тепловых) расцепителях используется сила упругих деформаций, возникающих при нагревании термобиметаллического элемента (пластины из специального сплава с различным коэффициентом линейного расширения сторон пластины). Они выпускаются с прямым или косвенным подогревом. Термобиметаллические расцепители срабатывают с выдержкой времени и применяются для защиты в зоне токов перегрузок;
комбинированные расцепители состоят из электромагнитных и тепловых элементов.
Электромагнитный расцепитель характеризуется током срабатывания, который называется током отсечки. Этот ток в 5 – 10 раз превышает номинальный ток автомата.
Тепловой расцепитель имеет ток срабатывания, составляющий от 1,25 до 2 номинального тока автомата.