Выбор автоматических выключателей.

Автоматические выключатели предназначены для автоматического отключения электрических цепей при к. з. или ненормальных режимах (перегрузках, исчезновении или снижении напряжения), а также для нечастого включения и отключения токов нагрузки. Поэтому расчет и выбор автоматических выключателей в первую очередь должен вестись, исходя из параметров проводов и кабелей (тип изоляции, материал и сечение токопроводящей жилы, количество жил). Точнее говоря - из предельно допустимой токовой нагрузки проводника.

Кроме того, аппарат защиты должен соответствовать еще ряду критериев правильного выбора.

Критерии выбора автоматических выключателей

Автоматические выключатели рассчитываются и выбираются:

• по условиям защиты от перегрузок;
• по типу время-токовой характеристики;
• по режиму короткого замыкания;
• по селективности;

Выбор АВ по условиям защиты от перегрузок. Автоматические выключатели имеют следующие виды защиты - тепловая, электромагнитная или комбинированная (тепловая и электромагнитная). Для защиты от перегрузок предназначена тепловая защита. Параметром, определяющем ток срабатывания теплового расцепителя, является номинальный ток автоматического выключателя.

Выбор АВ по типу время-токовой характеристики. Время-токовая характеристика – это кривая, построенная в координатах тока и времени и отражающая взаимосвязь этих параметров в определенных условиях эксплуатации.

Выбор АВ по режиму короткого замыкания. При выборе автоматических выключателей по режиму короткого замыкания защитный аппарат проверяется по номинальной отключающей способности и времени отключения полного тока КЗ.
Номинальная отключающая способность – максимальный ток короткого замыкания, который данный автомат способен отключить и остаться в работоспособном состоянии.

Выбор АВ по селективности. Селективностью называют свойство аппаратов защиты отключать только поврежденный участок. С учетом этого, селективность должна быть обеспечена между защитными аппаратами высокой стороны питающего трансформатора и вводным автоматом на низкой стороне, между вводным автоматом на низкой стороне и автоматами отходящих линий и т. д.

Решение проблемы селективности сводится к обеспечению отключения защищаемой цепи аппаратом защиты со стороны нагрузки до того, как отключение начнет аппарат защиты со стороны питания.

Контакторы

– коммутационный электромагнитный аппарат, который служит для частых (до 1200 циклов в час) включений и выключений электрических цепей.

Функции, выполняемые контактором

Главная функция контактора – включение и отключение цепи, которая ведёт к силовому агрегату (мощному электрическому двигателю). Вторая задача – гашение электрической дуги после размыкания контактов.
Контакторы применяются в подвижном составе (трамваи, электровозы, лифты), задействованы на кранах и других областях, где требуется включение и выключение электродвигателей.

Контактор состоит из нескольких узлов, выполняющих свои задачи: электромагнитная система, контактная система, дугогасительная система, блок-контакты.

Электромагнитная (ЭМ) система создаёт движущие силы (ЭДС), которые перемещают подвижные контакты к неподвижным и удерживают их в сцепленном положении. Контактор не имеет механических приспособлений для удерживания контактов, при исчезновении тока в управляющей катушке, контакты размыкаются. Контактная система представляет собой подвижные и неподвижные контакты. Главные контакты могут быть мостикового и рычажного типа. В первом случае сцепление происходит прямолинейным перемещением, во втором – при вращении.
Из-за частых коммутаций к главным контактам вводятся высокие требования по механической и электрической износостойкости. Дугогасительная система представляет собой дугогасительную камеру, в которой под воздействием поперечного магнитного поля (возбуждается катушкой) дуга наталкивается на деионную решётку, разбивается на более мелкие дуги и погасает. В каждом контакте устанавливается собственная дугогасительная камера.
Блок-контакты (БК) – вспомогательные контакты, которые выполняют функцию сигнализации положения контактора, подают сигнал на другие устройства и тому подобное.
По требованиям безопасности к БК подводится меньшее напряжение, чем на главные контакты.

Магнитные пускатели.

Магнитные пускатели. Магнитный пускатель (МП) — это низковольтное электромагнитное (электромеханическое) комбинированное устройство распределения и управления, предназначенное для пуска электродвигателя, обеспечения его непрерывной работы, отключения питания, защиты электродвигателя и подключенных цепей, и и иногда для реверсирования направления его вращения. Раобта двигателей зависит от таких свойств МП как: износостойкость ( ) , коммутационная способность, надежность защиты двигателей от перегрузок.

Пускатель обычно представляет собой модифицированный контактор, он может быть укомплектован дополнительными устройствами таким как тепловое реле для аварийного отключения двигателя, дополнительной слаботочной контактной группой или группами, используемых в цепях управления и/или кнопкой пуска.

Помимо простого включения, в случае управления электродвигателем пускатель может выполнять функцию переключения направления вращения его ротора (т. н. реверсивная схема), путем изменения порядка следования фаз, для чего в пускатель встраивается второй контактор.

МП серии ПМЛ в зависимости от износостойкости и количества включении в час, работают в сети с напряжением до 660 В и токах от 10 – 200А. Принемаются пускатели серии АС – 3 и АС – 4. Износостойкость определяется по формуле: , если . В случае когда , то , где износостойкость при номинальном токе

Исполнение магнитных пускателей может быть открытым и защищенным (в корпусе); реверсивным и нереверсивным; со встроенной тепловой защитой электродвигателя от перегрузки и без неё. (рис. ниже это схема включения МП.)

Вакуумные выключатели.

Электрическая прочность вакуума значительно выше прочности других сред, применяемых в выключателях. Объясняется это увеличением длины среднего свободного пробега электронов, атомов, ионов и молекул по мере уменьшения давления. В вакууме длина свободного пробега частиц превышает размеры вакуумной камеры.

В этих условиях удары частиц о стенки камеры происходят значительно чаще, чем соударения между частицами. При столь высокой электрической прочности расстояние между контактами может быть очень малым (2 – 2,5 см), поэтому размеры камеры могут быть также относительно небольшими.

Появившиеся при горении дуги пары металла бомбардируются электронами, вышедшими с поверхности электрода за счет автоэлектронной эмиссии и происходит ионизация паров, появляется дуга между контактами, называемая вакуумной дугой; эта дуга горит до тех пор, пока существуют условия для появления паров металлов. При быстром размыкании контактов процесс ионизации паров быстро прекращается (мостики отсутствуют) и дуга гаснет за 10-15 мс.

Процесс восстановления электрической прочности промежутка между контактами при отключении тока протекает в вакууме значительно быстрее, чем в газах. Уровень вакуума (остаточное давление газов) в современных промышленных дугогасительных камерах обычно составляет ~ Па. В соответствии с теорией электропрочности газов, необходимые изоляционные качества вакуумного промежутка достигаются и при меньших уровнях вакуума (порядка Па), однако для современного уровня вакуумных технологий, создание и поддержание в течение времени жизни вакуумной камеры уровня Па не составляет проблемы. Это обеспечивает вакуумным камерам запасы электропрочности на весь срок эксплуатации (20-30 лет).

Конструкция вакуумной камеры состоит из пары контактов, один из которых является подвижным, заключенных в ваккумноплотную оболочку, спаянную из керамических или стеклянных изоляторов, верхней и нижней металлических крышек и металлического экрана. Перемещение подвижного контакта относительно неподвижного обеспечивается путем применения сильфона. Выводы камеры служат для подключения ее к главной токоведущей цепи выключателя.

Надо отметить, что для изготовления оболочки вакуумной камеры применяются только специальные вакуумноплотные, очищенные от растворенных газов металлы – медь и специальные сплавы, а также специальная керамика. Контакты вакуумной камеры изготавливаются из металлокерамической композиции (как правило, это медь-хром в соотношении 50 %-50 % или 70 %-30 %), обеспечивающей высокую отключающую способность, износостойкость и препятствующей возникновению точек сваривания на поверхности контактов. Цилиндрические керамические изоляторы, совместно с вакуумным промежутком при разведенных контактах обеспечивают изоляцию между выводами камеры при отключенном положении выключателя.

Преимуществами ВВ являются: простота конструкции (отсутствие клапанов, компрессоров и других вспомогательных устройств) и надежность в работе; относительно небольшие габариты и масса; отсутствие сжатого воздуха или трансформаторного масла;малое время отключения (0,03-0,05 с); отсутствие масла и других горючих материалов (взрывобезопасность); высокая скорость восстановления прочности дугогасительного промежутка (отсутствие шунтирующих резисторов); бесшумная работа; отсутствие выбросов в атмосферу; удобны для отключения емкостной нагрузки; полная герметизация дугогасительного устройства; значительный ресурс при коммутации номинального тока (30…50 тысяч операций); произвольное положение камеры; отсутствует ударная нагрузка на фундамент, характерная для масляных выключателей; вакуумные выключатели позволяют создать малогабаритные (многоэтажные) КРУ; малый ход и скорость контактов позволяют применять легкие, небольшие пружинные или электромагнитные приводы.

Недостатками ВВ являются: вблизи нуля наблюдается срез тока, сопровождающийся перенапряжениями при отключении малых индуктивных токов; для борьбы с перенапряжениями необходимо применять RC-цепочки, ОПН, либо использовать выключатели с электромеханическим способом устранения перенапряжения; в выключателях на напряжении выше 35 кВ несколько камер необходимо соединять последовательно; требуют больших капиталовложений, что определяет довольно высокую их стоимость.

Элегазовые выключатели.

Элегаз (SF6 – шестифтористая сера) представляет собой инертный газ, плотность которого превышает плотность воздуха в 5 раз. Электрическая прочность элегаза в 2 – 3 раза выше прочности воздуха; при давлении 0,2 МПа электрическая прочность элегаза сравнима с прочностью масла.

В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, который в 100 раз превышает ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях. Исключительная способность элегаза гасить дугу объясняется тем, что его молекулы улавливают электроны дугового столба и образуют относительно неподвижные отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. В струе элегаза, т. е. при газовом дутье, поглощение электронов из дугового столба происходит еще интенсивнее.

В элегазовых выключателях применяют автопневматические (автокомпрессионные) дугогасительные устройства, в которых газ в процессе отключения сжимается поршневым устройством и направляется в зону дуги. Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа наружу.

В настоящее время элегазовые выключатели применяются на всех классах напряжений при давлении 0,15 – 0,6 МПа. Повышенное давление применяется для выключателей более высоких классов напряжения.

Базовая модель выключателя состоит из следующих элементов:

– корпуса выключателя, в котором расположены все три полюса, представляющего собой "сосуд под давлением", заполненный элегазом под низким избыточным давлением (0,15 МПа или 1,5 атм.);

– механического привода типа RI;

– передней панели привода с рукояткой для ручного взвода пружин и индикаторами состояния пружины и выключателя;

– высоковольтных силовых контактных площадок;

– многоштырьевого разъема для подключения цепей вторичной коммутации.

По конструкции:

Колонковые ни внешне, ни по размерам не отличаются от маломасляных.

В современных элегазовых выключателях 220 кВ только один разрыв на фазу.

Баковые элегазовые выключатели имеют гораздо меньшие габариты по сравнению с масляными, имеют один общий привод на три полюса, встроенные трансформаторы тока.

По способу гашения дуги в элегазе различают ДУ:

• автокомпрессионные с дутьем в элегазе, создаваемом посредством встроенного компрессионного устройства;

• с электромагнитным дутьем, в котором гашение дуги обеспечивается в результате ее перемещения с высокой скоростью в неподвижном элегазе по кольцевым электродам под действием радиального магнитного поля, создаваемого отключаемым током;

• с продольным дутьем, в котором повышение давления в элегазе происходит за счет автогенерации в присутствии высокотемпературного источника(дуги), вращающейся в специальной камере под воздействием магнитного поля (ДУ с электромагнитным дутьем).

Достоинства элегазовых выключателей:

-возможность применения на все напряжения свыше 1 кВ;

-высокая коммутационная (отключающая) способность;

-надежное отключение малых индуктивных и емкостных токов в момент перехода тока через нуль без среза и возникновения перенапряжений;

-отсутствие необходимости использования ОПН с любыми типами нагрузки на напряжение 6-35 кВ;

-повышенная надежность;

-гашение дуги происходит в замкнутом объеме без выхлопа в атмосферу;

-относительно малые габариты и масса;

-бесшумная работа;

-можно устанавливать как в ЗРУ, так и ОРУ;

-длительный срок службы дугогасительного устройства;

-большие межревизионные сроки;

повышенная безопасность обслуживания.

Недостатки элегазовых выключателей:

-высокие требования к качеству элегаза и ее высокая стоимость;

- работоспособность выключателя зависит от температуры окружающей среды и при понижении температуры ниже определенного значения выключатель может отказать из-за перехода элегаза в жидкую фазу;

-в обслуживании требуются устройства для очистки, заполнения и ее перекачки.

58. Выключатели нагрузки

- это простейший высоковольтный выключатель. Он используется для отключения и включения цепей, находящихся под нагрузкой. Дугогасительные устройства выключателей рассчитаны на гашение маломощной дуги, возникающей при отключении тока нагрузки. Их нельзя применять для отключения токов К.З. Чтобы разорвать цепь в случае возникновения К.З., последовательно с выключением нагрузки устанавливаются высоковольтные предохранители соответствующей способности. Выключатели нагрузки заменили дорогостоящие высоковольтные выключатели. Дорого стоит не только высоковольтный выключатель, но и привод к нему. Кроме того, чтобы управлять работой выключателя, необходима система релейной защиты, трансформаторы тока и напряжения. Если ток сети относительно небольшой, 400...600 А, целесообразно выключатель с релейной защитой заменить на выключатель нагрузки с предохранителями. В выключателях нагрузки для гашения дуги используются камеры с автогазовым, автопневматическим, электромагнитным, элегазовым дутьём и вакуумными элементами.