- •Министерство образования и науки российской федерации
- •Южный федеральный университет
- •Методическое руководство по выполнению лабораторной работы Исследование автоматического выключателя
- •1. Цель работы.
- •2. Автоматические выключатели
- •2.1. Токоограничение в автоматических выключателях
- •2.2. Устройство универсального автоматического выключателя
- •2.3. Расцепители
- •2.4. Разновидности автоматических выключателей
- •3. Порядок выполнения лабораторной работы
- •4. Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Оглавление
2.4. Разновидности автоматических выключателей
Р
ис.
6 Полупроводниковый расцепитель
автоматического выключателя «Электрон»
Широко
распространенный автоматический
выключатель А-3000 выпускается на напряжения
220-660 В, номинальные токи — до 630 А,
предельные токи отключения — до 100 кА.
Его коммутационная износостойкость —
до 10000 циклов коммутации.Автоматический
выключатель серии «Электрон» выпускается
на номинальные токи до 6300 А, предельные
отключаемые токи — до 100 кА. Его
коммутационная износостойкость — до
1000 циклов коммутаций. На рис. 7
показано
устройство контактно-дугогасительной
системы этого автомата. Контактная
система состоит из главных контактов
1,
3,
замыкаемых
роликовым контактом 2
и параллельных им дугогасительных
контактов 8,
9. Неподвижный
дугогасительный контакт 9
совмещен
с компенсатором электродинами-ческих
сил 4.
Дугогасительное
устройство образовано камерой 6
с
узкой щелью, совмещенной с дугогасительной
решеткой 5
из
стальных пластин. В это устройство
входит пламе-гасительная решетка 7
для ограничения выброса пламени и
ионизированных газов на выходе из
камеры. Чтобы избежать перемещения вниз
столба дуги, расстояние между
дугогасительными контактами и ширина
образующегося п
росвета
между ними принимаются малыми. Небольшая
площадь «закупоривает» выход дуговых
газов вниз, создает в этой зоне повышенное
давление, которое выталкивает дугу
вверх, в дугогасительную камеру.
Для повышения быстродействия автоматических выключателей используется индукционно-динамический привод. На рис. 8 показана схема автоматического выключателя ВАТ-42. Аппарат закреплен на основании 5. В изоляционном корпусе 3, установленном на основании 4, размешается обмотка 2, через которую разряжается предварительно заряженный конденсатор. Ток разряда наводит индуцированные токи в медном диске 1.
Рис. 7 Контактно-дугогасительная система автоматического выключателя «Электрон»
Р
ис.
8 Индукционно - динамический автоматический
выключатель
Индуцированный ток и ток разряда (а также магнитные потоки от них) создают силы отталкивания диска 1 от неподвижной обмотки 2:
,
(6)
где Wэм — электромагнитная энергия системы; i1, i2 — токи в катушке и диске; М — взаимоиндуктивность системы; х ¾ перемещение диска.
Через деталь 6 движение передается к контактам К, которые размыкают цепь главного тока I0 защищаемой цепи.
Существует автоматический выключатель, в котором ток защищаемой цепи протекает через дисковую обмотку, рядом с которой располагается медный диск, связанный с подвижной системой и контактами, размыкающими цепь главного тока. Большая скорость изменения тока при возникновении короткого замыкания (и магнитного потока от него) наводят в диске ток (поток), взаимодействие которых создает силу отталкивания диска от обмотки и размыкание контактов защищаемой цепи с током.
В отечественной промышленности распространены быстродействующие автоматические выключатели серии ВАБ.
Рис. 9 Быстродействующий автоматический выключатель ВАБ-20М
На
рис. 9 поясняется принцип действия
автоматического выключателя ВАБ-20М.
Основная токоведущая шина 5,
включенная в цепь главного тока, охвачена
магнитопроводом 4.
С
ней механически связаны якорь 8
электромагнита и вал 7,
имеющий возможность поворачиваться
вокруг оси О1.
Протекающий по шине 5
ток создает магнитный поток, который
может замыкаться как через зазоры
,
так и через зазоры
.
Левые полюсные наконечники 6
охвачены
короткозамкнутыми витками 10.
Если
ток в шине 5
не изменяется во времени, то в
короткозамкнутых витках нет вихревых
токов и создаваемое ими реактивное
магнитное сопротивление равно нулю.
Поток, созданный током шины 5, замыкается
в основном через зазоры
,
так как они значительно меньше воздушных
зазоров
.
В результате возникает сила притяжения
якоря к полюсам 6,
которая
передается шине 5
и жестко связанным с нею подвижным
контактам К
главной
цепи. Сила притяжения контактов с
увеличением тока возрастает. Это явление
наблюдается при номинальных токах.
Когда же в цепи возникает короткое замыкание и ток резко увеличивается, изменяющийся магнитный поток наводит в короткозамкнутых витках большие вихревые токи. Реактивное магнитное сопротивление в этих частях магнитопровода резко возрастает и основная доля магнитного потока от тока в шине 5 замыкается уже через воздушные зазоры . Результирующая электромагнитная сила перемещает якорь 8 и шину 5 вправо. Связанные с нею контакты размыкают цепь главного тока I0. Одновременно поворачивается по часовой стрелке рычаг 7. Установленный на нем валик 9 западает за выступ детали 1. Подвижная система автоматического выключателя останется в крайнем правом положении, соответствующем отключенному состоянию автоматического выключателя.
Для включения автоматического выключателя необходимо подать напряжение на включающую катушку Wв. Тогда к полюсам притянется якорь 3, а связанный с ним выступ 2 переместится вверх, поднимет конец рычага 1 и валик 9 выйдет из зацепления с выступом рычага 1. Под действием силы пружины Рп рычаг 7 и подвижная система автоматического выключателя перейдут в крайнее левое положение. Автоматический выключатель включится. Дистанционное отключение автоматического выключателя осуществляется подачей напряжения на отключающую катушку Wо.
Дальнейшим развитием быстродействующих выключателей с индукционно-динамическим приводом стали выключатели ВБ-630, применяемые для защиты электрооборудования метровагонов. Номинальный ток данных аппаратов 630 А, номинальное напряжение 750 В постоянного тока.
Собственное время отключения выключателя (время до начала размыкания контактов) не более 1мс. Предельный отключаемый ток при индуктивности контура 0,5 мГн — 40 кА. Полное время отключения не более 20 мс. Наибольшее восстанавливающееся напряжение на контактах не превышает 3900 В и обеспечивается применением шунтирующих варисторов.
Выключатель ВБ-630 представляет собой однополюсный аппарат, содержащий контактно-дугогасительную систему мостикового типа с индукционно-динамическим приводом для автоматического срабатывания и электромагнитным приводом для оперативных коммутаций. В качестве датчика тока используются герконовые токовые реле.
При коротком замыкании, когда ток в главной цепи превысит значение уставки датчика тока, предварительно заряженный накопительный конденсатор разряжается на катушку индукционно-динамического привода (ИДП), который быстро размыкает контакты, вызывая тем самым эффективное ограничение тока.
Рис. 10 Быстродействующий автоматический выключатель ВБ-630
Контактно-дугогасительная система показана на рис. 10. Мостиковое контактное соединение состоит из подвижного контакта 12 и двух неподвижных контактов 19. Каждое контактное соединение помешено в дугогасительную камеру 13.
При включении выключателя на катушку электромагнита 2 подается мощный импульс тока. Якорь электромагнита притягивается и перемещает вниз (по рисунку) рамку 6. Рамка 6, перемещаясь, замыкает контакты и деформирует пружины 15, которые создают контактное нажатие. В замкнутом состоянии контакты удерживаются электромагнитом 2, на катушку которого постоянно подано напряжение. При оперативном отключении катушка электромагнита обесточивается и возвратная пружина 16 через шток 14 воздействует на подвижной контакт 12, вызывая тем самым размыкание контактов.
При аварийном отключении через катушку ИДП 3 протекает ток разряда накопительных конденсаторов. В результате взаимодействия диск 10 ускоренно движется вверх и через шток 14 перемещает подвижный контакт 12. Одновременно производится быстрое вытеснение тока из цепи питания катушки электромагнита и рамка 6 также начинает двигаться вверх.
Для эффективного гашения электрической дуги в выключателе используется система магнитного дутья, содержащая катушки магнитного дутья 22, магнитопровод 9, сердечники 23 и токовую обмотку, образованную участками подводящих шин, расположенными друг против друга. Эта обмотка образуется за счет того, что отводящая шина ХТ7 присоединена к неподвижному контакту 19, расположенному в левой части выключателя, а подвижная шина ХТ1 (ХТ2) подсоединена к неподвижному контакту, расположенному в правой части выключателя. Катушки магнитного дутья 22, создающие магнитное поле в правом контактном разрыве, подключены к выводам ХТЗ и ХТ4, а катушки, создающие магнитное поле в левом контактном разрыве, подключены к выводам ХТ5 и ХТ6, при этом ХТ4 и ХТ5 соединены с подвижным контактом. Работает система магнитного дутья следующим образом: возникающая при отключении электрическая дуга под действием магнитного поля токовой обмотки, образованной подводящими шинами, выходит из межконтактного промежутка. Как только электрическая дуга достигает вспомогательного рога 24 в цепи катушек магнитного дутья начнет протекать ток. Создаваемое этим током магнитное поле концентрируется с помощью магнитопроводов 9 и сердечников 23 и воздействует на электрическую дугу, вызывая дальнейшее ее движение и вхождение в дугогасительную решетку. По мере движения дуги большая часть тока ответвляется в катушки магнитного дутья. Что приводит к увеличению напряженности магнитного поля, воздействующего на дугу. Такое подключение катушек магнитного дутья, при котором ток в левом контактном разрыве воздействует на дугу, горящую в правом разрыве и наоборот, позволяет обеспечить равномерное движение дуги и участие обеих камер в дугогашении.
Номинальный ток, защищающего от перегрузки электромагнитного теплового или комбинированного расцепителя автоматов Iн.з. выбирается по длительному расчетному току линии Iн.з. = Iдл.; ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя Iср. определяется из соотношения:
Iср. = 1,25Iкр.,
где Iкр. - максимальный кратковременный ток линии, который
при ответвлении к одиночному электродвигателю равен его пусковому току. Коэффициент 1,25 учитывает неточность в определении максимального кратковременного тока линии и разброс характеристик расцепителей.
