3.2. Автоматичні вимикачі

3.2.1.Автоматичні вимикачі в загальнопромисловому виконанні

Одними з основних апаратів ручного керування є автоматичні вимикачі.

Автоматичні вимикачі призначені для включень і відключень під навантаженням магістральних мереж змінного і постійного струму і захисту цих мереж від значних перевантажень за струмом і струмів к.з., а в окремих випадках і при зниженні напруги. У комплекті з реле витоку на землю автоматичні вимикачі виконують також захист від струмів витоку на землю. Включення у вимикачів усіх серій здійснюється вручну, відключення - вручну або автоматично при спрацьовуванні одного з видів вбудованого захисту. В окремих вимикачів є дистанційне відключення. Автоматичні вимикачі з вбудованими в їх конструкцію спеціальним приводом можуть бути з дистанційним включенням та виключенням. Автоматичні вимикачі виготовляються в загальнопромисловому та вибухобезпечному виконанні.

Вимикачі (автомати) можна класифікувати по наступним ознакам: номінальному струму – наприклад, 25 - 2500 А; числу полюсів –одно, -двох, і -трьохполюсні; наявності розщеплювача максимального струму - без розщеплювача, з електромагнітними або комбінованими розщеплювачем; наявності додаткових розщеплювачів - без них, із дистанційним розщеплювачем, із розщеплювачем мінімальної напруги; номінальному струму розщеплювача; наявності або відсутності допоміжних контактів; способові приєднання зовнішніх провідників - переднє або заднє приєднання, штепсельні контакти; способові виконання по ступеню захисту - відкрите (IР00), захищене (IР23), пилонепроникне (IР54) і т.п.

Нормальний режим роботи вимикачів - тривалий. Основними елементами конструкції автоматів є: контактна система і система допоміжних контактів, механізм керування, розщеплювачі, дугогасячі камери, ввідні та вивідні затискачі та інші допоміжні вузли та деталі

Розрізняють автоматичні вимикачі універсальні, установчі та швидкодіючі.

Універсальні автомати мають велику кількість конструктивних виконань, випускаються на значні струми і здебільшого використовуються для встановлення в розподільчих пристроях. В гірничій промисловості розповсюдження знайшли універсальні автомати серій АЕ2000 та АВМ, АВМУ на номіналі струми до 2000 А, серія Е “Електрон” на номінальні струми до 5000 А.

Вимикачі серії АЕ2000 загального призначення використовують в ланцюгах змінного струму напругою до 660 В та до 220 В в ланцюгах постійного струму для захисту електричних ланцюгів від струмів к.з. та перевантажень, для захисту пуску та зупинки асинхронних двигунів з короткозамкнутим ротором, а також для оперативних включень та виключень вказаних ланцюгів. Їх випускають на струми від 10 до 100 А одно-, двох-, трьох- та чотирьохполюсними. За видами максимального разщеплювача струму - без розщеплювача з електромагнітним і комбінованим розщеплювачем (електромагнітний та тепловий). Вимикачі можуть бути без додаткових розщеплювачів, з незалежним розщеплювачем, з мінімальним розщеплювачем, незалежним та мінімальним розщеплювачем.

Автоматичні вимикачі АВМ випускаються на струми від 400 до 2000 А без витримки часу спрацювання захисту (Б), неселективним захистом (Н), селективним захистом (С), викатними (В). Вимикачі АВМУ розраховані на напругу мережі 660 В, номінальні струми 200, 400, 630 А і вмонтовуються також у вибухобезпечні корпуси рудникових автоматичних вимикачів та рудникових пересувних підстанцій.

Автоматичні вимикачі серії Е випускаються на струми 1000, 1600, 2500 та 5000 А, викатні мають напівпровідникові максимальні розщеплювачі з зонами спрацювання 3, 5, 7I_ном та зонами спрацювання розщеплювача при перевантаження від 0,8 до 2I_ном.

Установочні автомати більш прості за конструкцією, менші за розмірами, випускаються на менші потужності. Представниками установочних є автомати серій А3100 та А3700. Автоматичні вимикачі А3700 мають стаціонарне та викатне виконання, електромагнітні та термобіметалічні розщеплювачі з спрацюванням захисту без витримки часу (Б), селективні (С), з розщеплювачем мінімальної напруги (Н).

Маркування вимикача має слідуючу структуру.

А 37 0 0

Автоматичний вимикач

Порядковий номер розробки (серія)

Типорозмір за струмом (1 -160А, 2 -250А, 3 - 400А, 4 - 630А)

Кількість полюсів та виконання МТЗ.

Так, наприклад, автоматичний вимикач А3746Б розрахований на струм 630 А, має трьохполюсне виконання, електромагнітний та термобіметалічний розщеплювачі з спрацюванням МТЗ без витримки часу.

Мал. 3.9. Амперсекундна характеристика відключення к.з.

Для відключення та обмеження струму к.з. в мережі створені струмообмежуючі автомати, які крім відключення струму к.з. обмежують величину аварійного струму до відповідного значення та час його дії (мал. 3.9).

Для цього в струмообмежуючих автоматичних вимикачах використовують спеціальні електродинамічні пристрої (мал. 3.10), в яких при досягненні струму к.з. заданого значення ще до спрацювання механізму вільного розщеплення має місце відкидання контактів електродинамічними силами (рухома частина 3 відчуває силу притягнення до деталі 4 та силу відштовхування від нерухомої деталі 2) і в ланцюзі, що розмикається через 1-2 мс з’являється дуга, яка обмежує аварійний струм к.з. Контакти після їх відкидання уже не можуть доторкатися один до другого, тому що своєчасно спрацьовує механізм вільного розщеплення. Струмообмежуючі властивості мають автоматичні вимикачі серії А3700У.

Мал. 3.10. Електродинамічний елемент для розмикання контактів

Вимикачі серії А3700У можуть працювати при напрузі до 440 В постійного і 660, 1140 В змінного струму.

Вимикач серії А3700У (мал. 3.11) складається з рухомих 11 і малорухомих 3 контактів, до яких припаяні метало-керамічні накладки 10 із срібла (може бути нікель, графіт). Рухомі контакти кожної фази встановлені в ізоляційні контактоутримувачі, закріплені на валу 4 і зв'язані з механізмом керування 8; крім цього в скад автомату входять: дугогасячі камери 2 і полум’ягасячі 13, максимальні розщеплювачі 5 із регульованою і нерегульованою уставкою; пластмасовий корпус 1, закритий основною кришкою 12 і додатковою 7; відключаюча рейки 6; ручка вмикання 9. Крім того, вимикач містить допоміжні контакти, незалежний і нульовий розщеплювач. Для розділення полюсів (фаз) вимикача всередині корпусу і кришки є перегородки. Механізм керування виконаний за принципом ламаючихся ричагів, що забезпечує миттєве замикання і розмикання контактів, яке не залежить від швидкості руху ручки, а також миттєве розмикання контактів при повороті відключаючої рейки, при спрацьовуванні максимального, нульового або незалежного розщеплювача. Вимикачі даної серії виконані для умов помірного клімату і вбудовуються в рудникові автоматичні вимикачі, станції керування і розподільчі пристрої нижчої напруги пересувних дільничних трансформаторних підстанцій.

Мал. 3.11. Вимикач серії А3700У

Для керування та захисту електродвигунів потужністю до 14 кВт широке розповсюдження отримали автоматичні вимикачі типу АП-50 на струм до 50 А з електромагнітним та тепловим розщеплювачами. Ці автоматичні вимикачі використовуються також в пускових агрегатах та магнітних станціях в вибохубезпечному виконанні.

Швидкодіючі автоматичні вимикачі використовують для захисту установок великої потужності для ланцюгів постійного струму напругою до 3000 В (в ланцюгах тягових підстанцій та мереж). Це різні типи автоматичних вимикачів серій ВАБ, які виконуються відключення пошкодженого ланцюга за час 1 – 10 мс.

1 – додатковий полюс;

2 – якір;

3 – гнучкий провідник;

4 – дугогасяча камера;

5 – ричаг;

6 – тяга;

7 – пружина;

8 – додатковий якір.

Мал. 3.12. Спеціальна магнітна система ВАБ

Серед швидкодіючих автоматичних вимикачів розрізняють автомати зворотнього струму, лінійні автомати та інші. Швидке розмикання контактів дозволяє обмежити струм к.з. за рахунок опору дуги, яка з’являється між контактами. Для забезпечення високої швидкодії максимально зменшують масу рухомих деталей автомата, крім того в них відсутні проміжні передаточні механічні ланки від електромагнітних відключаючих елементів. Швидкодія досягається шляхом використання спеціальних магнітних систем (мал. 3.12), коли на магнітопроводі розташовують три обмотки: відключаюча , що включена послідовно в ланцюг захищаємої мережі, включаюча та утримуюча .

Диференційний принцип дії електромагнітних сил на якір електромагніту приводить до того, що при появі струму к.з. результуючий потік в одному (лівому) зазорі збільшується, а в іншому зменшується, що зменшує час спрацювання автомату.

В останній час на ринку електричного обладнання широке розповсюдження одержали автоматичні вимикачі багатьох фірм країн Європи. Так, фірма LE GRAND (Франція) випустила на ринок автоматичні вимикачі серій ДРХ в діапазоні номінальних струмів від 25 до 1600 А. Автомати 4 та 5 величин (з I_ном відповідно 630 та 1600 А) оснащені електронним розщеплювачем з розширеними функціональними можливостями: тепловою пам’яттю, захисту від струмів витоку; логічною селективністю; пріоритетним відключенням навантажень, розширеними можливостями зміни установок спрацювання; рядом додаткових функцій (перевірку роботоздібності розщеплювача, контроль захисної характеристики, запам’ятовування причини останнього відключення, кількості відключень, вимірювання фазного струму, температури всередині автомата), а також функціями АВР.

Теплова пам’ять основана на запам’ятовуванні рівня нагріву при перевантаженні відповідного значення. Якщо це значення буде перевищено повторно, то витримка часу автомата зменшиться, тобто повторне відключення перевантаження автомат відключає швидше.

Для обмеження максимальних струмів в мережі автомат може відключати менш відповідальні електроспоживачі за рахунок безперервного виміру струму та виробки сигналу керування на відключення комутаційних апаратів в ланцюгах неприоритетних споживачів. Автоматичний вимикач передбачає три варіанти включення резерву: ручний, дистанційний (кожен автомат оснащується електричним приводом) та автоматичний (при цьому використовується спеціальний блок, який визначає відсутність чи зниження напруги в основній мережі і дає команду на відключення автомата основної мережі та включення автомата резервної мережі).

Із інших автоматичних вимикачів можна навести перспективні серії вимикачів NZM 7 (40 – 250 А), NZM 10 (250 – 630 А) та NZM 14 (630 – 1600 А) фірми Moeller. Автоматичні вимикачі NZM 7 розраховані на напругу до 660 В, виконані в трьох категоріях номінальної відключаючої здібності 35, 65, 100 кА, мають електромагнітний розщеплювач для захисту від струмів КЗ та біметалічний розщеплювач від перевантажень.

Серія NZM 7 має широкий асортимент додаткових універсальних пристроїв (мал. 3.13 ), які суттєво розширюють можливість використання автоматичних вимикачів, дозволяють спеціалісту творчо підходить до проектування електроустановки.

Рис. 3.13. Основний прилад серії NZM 7 і його універсальне допоміжне обладнання

Основний прилад – автоматичний вимикач (8) може бути в трьох або чотирьохполюсному виконанні. В ньому можуть бути вмонтовані відключаючі котушки для дистанційного відключення. Додаткові контакти (7) для внутрішнього монтажу повторюють положення головних контактів. Блок сигналізації (3) для бічного монтажу формує сигнал про відключення автомата (за допомогою розщеплювачів чи дистанційно). Розщеплювач мінімальної напруги (2) відключає автоматичний вимикач при втраті або зниженні напруги, він використовується для дистанційного відключення, взаємного блокування, робота з кінцевими вимикачами та ін.

Моторний привод (1) для дистанційного включення та відключення (самостійний блок), легко монтується на лицевій стороні вимикача. Ручний поворотний привод (9) дозволяє замикати привод, поворотна ручка (12) призначена для керування приладом після відкриття дверей розподільчої шафи, а для керування при закритих дверях використовують ручку (11), що замикається. Для синхронізації роботи двох приладів служить паралельний привод двох приладів (10). Різноманітний набір силових затискачів (5) дозволяє приєднувати кабелі, шинні струмопроводи, проводи; інтегрована кришка силових затискачів є необхідним елементом безпеки. Ззаду автоматичний вимикач закривається кришкою (6). Для вимикачів струмом до 200 А розроблено модуль висувного виконання, який забезпечує швидку заміну приладів.