prosdo.ru 1
КОММУТАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ ДО 1 KB


Автоматические выключатели

Автоматические выключатели переменного и постоянного тока представляют собой силовые выключатели с встроенными релейными устройствами прямого действия, получившими название расцепителей. Наибольшее применение в распределительных сетях промышленных пред­приятий и системах собственных нужд электростанций получили автоматические выключатели серии А-3700 для напряжений до 660 В переменного тока и до 440 В постоянного тока с номинальным током от 160 до 630 А. Эти выключатели выполняют двух типов, а именно:

а) токоограничивающие с электромагнитными расцепителями мгновенного действия;

б) селективные с расцепителями, характеристики времени срабатывания, которых имеют зависимую и независимую от тока части. Зависимая часть характеристики обеспечивает защиту при перегрузках, независимая часть — при КЗ. Установки тока и времени могут быть изме­нены в определенных пределах. Время срабатывания выключателя при перегрузках от 5 до 100 с. Время срабатывания при КЗ от 0,1 до 0,4 с. Обмотку электромагнита расцепителя максимального тока включают в цепь главного тока непосредственно, с помощью шунта или трансформатора тока. При срабатывании расцепитель действует на механизм свободного рас­цепления и освобождает подвижную часть выключателя. В качестве дугогасительных устройств в автоматических выключателях переменного и постоянного тока применение получили:

1) лабиринтно-щелевые камеры из инертных, в отношении выделения газа, материалов, сходные с гасительными устройствами электромагнитных выключатели, но более простой конструкции;

2) камеры с стальными пластинами, в которых дуга делится на ряд коротких дуг, перемещающихся вдоль пластин под действием электродинамических сил и сил взаимодействия тока с магнитной массой. Независимо от типа гасительного устройства основными факторами деионизации дугового промежутка являются: а) увеличение длины дуги; б) быстрое ее перемещение в щелях; в) тесное соприкосновение дуги с относительно холодными керамическими стенками камеры, металлическими пластинами.


В камерах всех типов, в особенности на большие токи отключения, преду­смотрены пламегасительные решетки над гасительным устройством. Они со­стоят из ряда коротких металлических пластин с узкими щелями между ними. Такая решетка ограничивает выброс пламени из камеры. Автоматические выключатели с номинальным током до 630 А имеют одну пару контактов, являющихся одновременно главными и дугогасительными. В выключателях с номинальным током свыше 630 А главные и дугогасительные контакты разделены.

Автоматические выключатели снабжают ручным и электромеханическими приводами для дистанционного управления.

Устройство автоматического выключателя переменного тока типа А-3700 с номинальным напряжением 660 В и номинальным током 160 А показано на рис. 1. Корпус выключателя изготовлен из прочной пластмассы. Между полюсами предусмотрены изолирующие перегородки.

Основные части выключателя обозначены цифрами: 7 — неподвижный и 2 — подвижный контакты с напаянными металлокерамическими накладками; 3 — стальные пластины с вырезами; 4 — пламегаситель; 5 — рукоятка для ручного управления; 6 — трансформаторы тока; 7 — якорь расцепителя мгновенного действия; 8 — сердечник; 9 — отключающая рейка; 10 — катушка независимого расцепителя; 11 — ручка для регулирования установок; 12 — независимый расцепитель; 13 — боек.

Рис. 1 Автоматический выключатель переменного тока типа А3700 660 В, 160 А

Нормирование коммутационной способности автоматических выключателей.

Коммутационная способность автоматических выключателей переменного тока заводы-изготовители характеризуют номинальным током отключения (действующим значением периодической составляющей тока) к моменту размыкания контактов Iоткл ном, номинальным током включения (мгновенным значением) iВК1 НОМ и номинальным значением постоянной времени апериодической составляющей Тном. Автоматический выключатель должен надежно включать и отключать цепь с соответствующими значениями тока КЗ при номинальном напряжении, номинальном цикле операций 0-II-BO — П — ВО и при номинальном значении постоянной времени апериодической составляющей тока. При выборе выключателя перечисленные номинальные параметры подлежат сопоставлению с соответствующими расчетными величинами применительно к рассматриваемой цепи, вычисленными без учета сопротивления выключателя и сопротивления дуги в месте замыкания. Таким образом, должны быть соблюдены следующие условия:


При выборе автоматических выключателей до 1 кВ следует учитывать условия их работы. Сети 380 — 660 В питаются через понижающие трансформаторы, мощность которых не превышает 2500 кВ * А в промышленных предприятиях и 1000 кВ * А на электростанциях. Вследствие значительной удаленности точки КЗ от генераторов периодическая составляющая тока практически не затухает. Поэтому расчетный ток Iп1 может быть, без заметной погрешности, заменен током Iп0. Постоянная времени апериодической составляющей тока КЗ мала вследствие значи­тельного активного сопротивления. Поэтому ударный коэффициент близок к единице.

Номинальные значения постоянной времени апериодической составляющей тока находятся в пределах от 0,005 до 0,015 с.

Коммутационную способность автоматических выключателей постоянного тока заводы-изготовители характеризуют номинальным током отключения WHOM, равным ему номинальным током включения Iвкл. ном и номинальным значением постоянной времени 7АН0М. При выборе выключателя номинальные токи отключения и включения сопоставляют с установившимся током КЗ цепи Iу независимо от момента размыкания контактов. Номинальное значение постоянной времени сопоставляют с соответствующим расчетным значением:


Расчетные значения тока и постоянной времени цепи должны быть опре­делены без учета сопротивления выключателя и сопротивления дуги в месте КЗ. Номинальные значения постоянной времени указываются в информационных материалах заводов-изготовителей.

Заводы-изготовители гарантируют электродинамическую и термическую стойкость автоматических выключателей с разделителями максимального тока во всем диапазоне токов, вплоть до номинальных токов включения и отключения.

Электромагнитные контакторы и пускатели

Электромагнитные контакторы предназначены для включений и отключений приемников энергии в нормальных режимах, в основном для управления электродвигателями переменного и постоянного тока. В отличие от автоматических выключателей контакторы не имеют разделителей, реагирующих на изменение тока и отключающих электрическую цепь при перегрузках и КЗ.


Контакторы рассчитаны на частые включения, и отключения — до несколь­ких тысяч операций в час. Они обладают высоким механическим и комму­тационным ресурсом. Коммутационная способность контакторов невелика. Она обычно не превышает 10-кратного значения номинального тока. Электродинамическая и термическая стойкость контакторов не нормируется. В соответствии с ГОСТ 11206-77* для характеристики коммутационной способности контакторов переменного тока установлены четыре категории применения: АС1 АС2, АС3 и АС4.


Рис2. Контактор постоянного тока рычажно-поворотного типа
Для контакторов постоянного тока установлены три категории применения:

ДС1 ДС2 и ДС3. Каждая категория характеризуется относительными

значениями коммутируемых токов, соответствующими напряжениями, коэффициентом мощности (для цепей переменного тока) и постоянной времени (для цепей постоянного тока). Так, например, контакторы категории АС1 предназначены .для включения и отключения печей сопротивления, неиндуктивной или слабо индуктивной нагрузки. Контакторы АС2 предназначены для пуска электродвигателей с фазным ротором, для торможения противотоком. Контакторы АС3 предназначены для пуска электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключения вращающихся электродвигателей. Контакторы АС4 предназначены для наиболее тяжелых условий работы, а именно: для пуска электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключения неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей, для торможения противотоком.

Контакторы переменного тока выполняют трехполюсными, контакторы постоянного тока — однополюсными и двухполюсными. Контактная система рассчитана на номинальный ток в продолжительном, прерывисто-продолжи­тельном или повторно-кратковременном режимах, а также на соответствующее число включений и отключений. Особое внимание уделяют устранению вибрации контактов при включении, поскольку вибрация контактов резко увеличивает их износ.


Контакторы управляются дистанционно с помощью приводных электро­магнитов. Последние служат для включения контактора и для удержания подвижной части в положении «включено». Для гашения дуги, образующейся на контактах в процессе отключения, предусмотрена дугогасительная камера с электромагнитом . Под действием поперечного магнитного поля последовательно включенной катушки дуга удлиняется, втягивается в щели дугогасительной камеры и гаснет. Гибкая связь 9 из медной фольги или тонкой проволоки обеспечивает свободное перемещение подвижного контакта в процессе включения и отключения. Конструктивная схема рис. 2 получила применение для контакторов постоянного и переменного тока, в особенности для контакторов, предназначенных для тяжелых режимов работы. Другой распространенный тип контакторов — прямоходовой. Соответствующая конструктивная схема применительно к контактору переменного тока приведена на рис. 3. Для включения контактора необходимо замкнуть цепь приводного электромагнита. Якорь 2 притянется к сердечнику и контакты 3, 4 замкнутся. Дня отключения контактора приводной электромагнит должен быть обесточен. Возвратная пружина 5 поднимет контактную траверсу. На контактах образуются дуги, которые втягиваются в зазоры между металлическими пластинами 6 и гаснут. Магнитную систему контакторов переменного тока набирают из тонких изолированных друг от друга стальных пластинок. Магнитный поток изменяется синусоидально, а сила притяжения якоря, пропорциональная квадрату магнитного потока, пульсирует с двойной частотой, не изменяя своего направления, от О до Рmax.
Рис. 3 Контактор переменного тока прямоходового типа

В этих условиях якорь электромагнита под действием возвратной пружины будет дважды в течение каждого периода отрываться от сердечника и вновь притягиваться. Вибрация якоря сопровождается шумом и приводит к износу магнитной системы. Для устранения вибрации полюсы электромагнитов переменного тока снабжают коротко-замкнутыми витками 7, в которых индуктируется ЭДС, появляются токи и соответствующие магнитные потоки, сдвинутые по фазе по отношению к основному потоку на угол, близкий к 90°. При таком устройстве сила притяжения якоря пульсирует от некоторого минимального значения, превышающего силу сопротивления возвратной пружины, до максимального значения Ртах. Таким образом вибрация якоря может быть, устранена.

Неавтоматические выключатели

Назначение неавтоматических выключателей переменного и постоянного тока до 1 кВ: 1) изолировать отдельные части установки, участки сети от напряжения для безопасного ремонта; 2) включать и отключать электрические цепи в нормальных режимах при рабочих токах, не превышающих 0,2-1,0 номинального тока выключателя (в зависимости от конструкции).

Операции включения и отключения выполняются только вручную с по­мощью простейших рычажных приводов. Неавтоматические выключатели не участвуют в защите цепей при перегрузках и КЗ. Дугогасительные уст­ройства, как правило, отсутствуют.

Выключатели рубящего типа, получившие название рубильников, выпол­няют для напряжений до 660 В переменного тока (двухполюсными и трехполюсными) и до 440 В постоянного тока (двухполюсными и однополюсны­ми). Номинальные продолжительные токи находятся в пределах от 100 до 5000 А, в некоторых случаях и выше. Номинальный ток отключения обычно меньше номинального. Исключение составляют рубильники, снабженные простейшими дугогасительными устройствами. Отключающая способность таких рубильников равна номинальному току. Электродинамическая и термическая стойкость рубильников зависит от номинального тока. С увеличением последнего стойкость при КЗ увеличивается. Рубильники обычно снабжают линейными контактами с пружинами, обеспе­чивающими продолжительную работу без чрезмерного повышения температуры. Токоведущая система рубильника не защищена от случайного прикосновения. Поэтому их устанавливают так, чтобы металлическая панель распределительного щита защищала оператора от прикосновения к токоведущим частям и ожогов дугой, образующейся на контактах при отключении. Рукоятку управления выносят на лицевую сторону панели.

Пакетные выключатели и переключатели.

Выключатели этого типа состоят из ряда пакетов, связанных общим валом. Неподвижные клиновидные контакты расположены парами по окружности пакета. Они могут быть установлены в любом из четырех положений. Подвижные контакты каждого пакета в виде ножей укреплены на валу. Последний приводится во вращение с помощью рукоятки, вынесенной на лицевую сторону щита. При повороте рукоятки сначала натягиваются пружины, затем освобождается фиксирующая шайба и подвижные контакты поворачиваются на 90°. Происходит включение. Благодаря заводной пружине скорость движения контактов не зависит от оператора.


Выключатели могут быть собраны из нескольких (от двух до семи) пакетов с различным, числом полюсов, коммутационных положений и с подвижными контактами различной конфигурации. В результате можно получить разнообразные схемы выключателя. Пакетные выключатели получили широкое применение вследствие компактности и простоты. Их изготовляют для напряже­ний до 380 В переменного тока и 220 В постоянного тока с номинальным током от 10 до 400 А.

Разновидностью пакетных выключателей являются пакетно-кулачковые вы­ключатели и переключатели типа ПКП. Они имеют более надежную контакт­ную систему и простейшие дугогасительные устройства. Их изготовляют для напряжений до 660 В, с номинальным током от 10 до 160 А и номинальным током отключени от 90 до 570 А.


Рис.4 Рубильник с рычажным приводом
Рис.5 Пакетный выключатель типа