Автоматический выключатель.
Как работает автоматический выключатель.
Автоматические выключатели (выключатели, автоматы) являются коммутационными электрическими аппаратами, предназначенными для проведения тока цепи в нормальных режимах и для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов (токов короткого замыкания, токовперегрузки, снижения или исчезновения напряжения, изменения направления тока, возникновения магнитного поля мощных генераторов в аварийных условиях и др.), а также для нечастой коммутации номинальных токов(6-30 раз в сутки).
Благодаря простоте, удобству, безопасности обслуживания и надежности защиты от токов короткого замыкания эти аппараты широко применяются в электрических установках малой и большой мощности.
Автоматические выключатели относятся к коммутационным аппаратам ручного управления, однако многие типы имеют электромагнитный или электродвигательный привод, что дает возможность управлять ими на расстоянии.
Принцип действия.
Выключаются автоматы обычно вручную (приводом или дистанционно), а при нарушении нормального режима эксплуатации (появление сверхтоков или снижение напряжения) - автоматически. При этом каждый автомат снабжается расцепителем максимального, а в некоторых типах расцепителем минимального напряжения.
По выполняемым функциям защиты автоматические выключатели делятся на автоматы: максимального тока,понижения напряжения и обратной мощности.
Автоматы максимального тока служат для автоматического размыкания электрической цепи при возникновении в ней токов короткого замыкания и перегрузок сверх установленного предела. Заменяя собой, рубильник и плавкий предохранитель, они обеспечивают более надежную и избирательную защиту при нештатных режимах.
Если условия среды отличны от нормальных (влажность воздуха выше 85% и в нем содержатся примеси вредных паров), то автоматические выключатели следует помещать в ящики и шкафы пылевлагонепроницаемого и химостойкого исполнения.
Классификация автоматических выключателей.
Автоматические выключатели подразделяются на:
установочные автоматические выключатели имеют защитный изоляционный (пластмассовый)корпус и могут устанавливаться в общедоступных местах;
универсальные - не имеют такого корпуса и предназначены для установки в распределительных устройствах;
быстродействующие (собственное время срабатывания не превышает 5 мс);
не быстро действующие (от 10 до 100 мс); Быстродействие обеспечивается самим принципом действия (поляризованный электромагнитный или индукционно-динамический принципы и др.), а также условиями для быстрого гашения электрической дуги. Подобный принцип используется в токоограничивающих автоматах;
селективные, имеющие регулируемое время срабатывания в зоне токов короткого замыкания;
автоматы обратного тока, срабатывающие только при изменении направления тока в защищаемой цепи; Поляризованные автоматы отключают цепь только при нарастании тока в прямом направлении, неполяризованные - при любом направлении тока.
Конструкция автоматических выключателей.
Особенности конструкции и принцип действия автомата определяются его назначением и сферой применения.Включение и выключение автомата может производиться вручную, электродвигательным или электромагнитным приводом.
Ручной привод применяется при номинальных токах до 1000 А и обеспечивает гарантируемую предельную коммутационную способность вне зависимости от скорости движения включающей рукоятки (оператор должен производить операцию включения решительно: начав — доводить до конца).
Электромагнитный и электродвигательный приводы питаются от источников напряжения. Схема управления привода должна иметь защиту от повторного включения на короткозамкнутую цепь, при этом процесс включения автомата на предельные токи короткого замыкания должен прекратиться при напряжении питания 85 - 110% от номинального.
При перегрузках и токах короткого замыкания отключение выключателя производится независимо от того,удерживается ли рукоятка управления во включенном положении.
Важной составной частью автомата является расцепитель, который контролирует заданный параметр защищаемой цепи и воздействует на расцепляющее устройство, отключающее автомат. Кроме того,расцепитель позволяет производить дистанционное отключение автомата. Наиболее широкое распространение получили расцепители следующих типов:
электромагнитные для защиты от токов короткого замыкания;
тепловые для защиты от перегрузок;
комбинированные;
полупроводниковые, обладающие большой стабильностью параметров срабатывания и удобством в настройке.
Для коммутации цепи без тока или для редких коммутаций номинального тока могут применяться автоматы без расцепителей.
Выпускаемые промышленностью серии автоматических выключателей рассчитаны на применение в различных климатических поясах, размещение в местах с разными условиями эксплуатации, на работу в условиях,различных по механическим воздействиям и по взрывоопасности среды, и обладают разной степенью защиты от прикосновения и от внешних воздействий.
Информация о конкретных типах аппаратов, их типоисполнениях и типоразмерах приведена в нормативно-технических документах. Как правило, таким документом являются Технические условия (ТУ) завода. В некоторых случаях с целью унификации для изделий, имеющих широкое применение и производимых несколькими предприятиями, уровень документа повышается (иногда до уровня Государственного стандарта).
Автоматические выключатели состоят из следующих основных узлов:
контактной системы;
дугогасительной системы;
расцепителей;
механизма управления;
механизма свободного расцепления.
Контактная система состоит из неподвижных контактов, закрепленных в корпусе, и подвижных контактов,шарнирно посаженных на полуоси рычага механизма управления, и обеспечивает, обычно, одинарный разрыв цепи.
Дугогасительное устройство устанавливается в каждом полюсе выключателя и предназначается для локализации электрической дуги в ограниченном объеме. Оно представляет собой дугогасительную камеру с деионной решеткой из стальных пластин. Могут быть предусмотрены также искрогасители, представляющие собой фибровые пластины.
Механизм свободного расцепления представляет собой шарнирный 3- или 4-звенный механизм, который обеспечивает расцепление и отключение контактной системы как при автоматическом, так и при ручном управлении.
Электромагнитный максимальный расцепитель тока, представляющий собой электромагнит с якорем,обеспечивает автоматическое отключение выключателя при токах короткого замыкания, превышающих установку по току. Электромагнитные расцепители тока с устройством гидравлического замедления срабатывания имеют обратнозависимую от тока выдержку времени для защиты от токов перегрузки.
Тепловой максимальный расцепитель представляет собой термобиметаллическую пластину. При токах перегрузки деформация и усилия этой пластины обеспечивают автоматическое отключение выключателя.Выдержка времени уменьшается с ростом тока.
Полупроводниковые расцепители состоят из измерительного элемента, блока полупроводниковых реле и выходного электромагнита, воздействующего на механизм свободного расцепления автомата. В качестве измерительного элемента используется трансформатор тока (на переменном токе) или дроссельный магнитный усилитель (на постоянном токе).
Полупроводниковый расцепитель тока допускает регулировку следующих параметров:
номинального тока расцепителя;
вставки по току срабатывания в зоне токов короткого замыкания (ток отсечки);
вставки по времени срабатывания в зоне токов перегрузки;
вставки по времени срабатывания в зоне токов короткого замыкания (для селективных выключателей).
Во многих автоматах применяют комбинированные расцепители, использующие тепловые элементы для защиты от токов перегрузок и электромагнитные для защиты от токов коротких замыканий без выдержки времени (отсечки).
Выключатель имеет также дополнительные сборочные единицы, которые встраиваются в выключатель или крепятся к нему снаружи. Ими могут быть независимый, нулевой и минимальный расцепители, свободные и вспомогательные контакты, ручной и электромагнитный дистанционный привод, сигнализация автоматического отключения, устройство для запирания выключателя в положении „отключено".
Независимый расцепитель представляет собой электромагнит с питанием от постороннего источника напряжения. Минимальный и нулевой расцепители могут выполняться с выдержкой времени и без выдержки времени. С помощью независимого или минимального расцепителя возможно дистанционное отключение автомата.