Лекция 7. коммутационные электрические аппараты низкого напряжения
План лекции:
1. Кнопки управления. Переключатели. Рубильники.
2. Предохранители.
3. Автоматические выключатели.
4. Быстродействующие выключатели постоянного тока.
Кнопки управления. Переключатели. Рубильники.
Кнопки управления (рис. 7.1.а) служит для коммутации низковольтных электрических цепей.
Кнопка управления имеет подвижные 2 и неподвижные 1 и 3 контакты, которые помещены в корпус 4 кнопки. Подвижные контакты перемещаются при нажатии на толкатель 5 и замыкают контакты 1 и размыкают контакты 3. В исходное положение толкатель кнопки возвращается пружиной самовозврата 6. Контакты кнопки подключаются к внешней электрической цепи винтовыми зажимами 7 и 8. Комплект из двух или более кнопок управления, смонтированных в общем корпусе, представляет собой кнопочный пост.
Переключатели — это контактные коммутационные аппараты, предназначенные для переключения электрических цепей.
В распределительных устройствах до 1 кВ и в слаботочных цепях автоматики широкое применение получили пакетные переключатели и выключатели. На рис. 7.1.б показан пакетный кулачковый выключатель. На основании выключателя укреплены два пакета /, //, внутри которых расположены по три полюса контактных систем. При повороте рукоятки 9поворачиваются вал 2и кулачок 3. Если шток 5попадает в выемку кулачка, то контакты 7, 8замыкаются под действием пружины 6.Если шток попадает на выступ кулачка, то контакты размыкаются. Возникшая дуга гасится в закрытом объеме герметизированного корпуса 4из изоляционного материала. Внешняя сеть подключается к выводам 1.
Пакетные переключатели имеют малые габариты, удобны в монтаже, исключается выброс пламени и газов. Контактная система позволяет управлять одновременно большим количеством цепей. Такими переключателями разрешается отключать номинальные токи.
Пакетные выключатели не обеспечивают видимого разрыва цепи, поэтому в некоторых цепях устанавливают рубильники.
Рубильникипредназначены для ручного включения и отключения цепей постоянного и переменного тока до 1000 В.
По конструкции различают одно-, двух- и трехполюсные рубильники.
На рис. 7.1.в показан рубильник, где 1 — изолирующая плита, 2, 7— неподвижные рабочие контакты, 3 — дугогасительный контакт 4 —рукоятка, 5 — пружина, 6 — подвижный рабочий контакт
Предохранители
Предохранители—коммутационные аппараты, предназначенные для автоматического однократного отключения защищаемой цепи при КЗ или перегрузке.
Отключение цепи осуществляется путем расплавления плавкой вставки, включенной в рассечку защищаемой цепи под действием тока, превышающего определенную величину.
Плавкие предохранители характеризуются следующими параметрами:
· Номинальное напряжение.- напряжение, указанное на предохранителе и соответствующее наибольшему напряжению сетей, в которых разрешается установка данного предохранителя.
· Номинальный ток предохранителя.– токпри котором токоведущие и контактные части предохранителя нагреваются до допустимой температуры. Номинальный ток предохранителя всегда должен быть больше или равен номинальному току плавкой вставки,.
· Номинальный ток плавкой вставки - ток, выдерживаемый плавкой ставкой неограниченно долго.
· Предельный ток отключения при данном напряжении - наибольшее значение тока КЗ сети, при котором гарантируется надежная работа предохранителей, т. е. дуга гасится без каких-либо повреждений корпуса.
Защитная (времятоковая) характеристика предохранителя- это зависимость времени полного отключения от отношения ожидаемого тока в цепи (тока КЗ или перегрузки) к номинальному току плавкой вставки
Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.
Процесс срабатывания предохранителя делится на несколько стадий: нагревание вставки до температуры плавления, плавление и испарение вставки, возникновение и гашение электрической дуги с восстановлением изоляционных свойств образующегося изоляционного промежутка.
Наиболее распространенные материалы плавких вставок – медь, цинк, алюминий, свинец и серебро.
Медные вставки подвержены окислению, их сечение со временем уменьшается, токи и время срабатывания изменяются и перестают соответствовать заданным значениям. Покрытие медных вставок слоем олова (лужение) позволяет сохранить стабильность их сечения и характеристик. Серебряные вставки не окисляются и их характеристики наиболее стабильны. Но серебро дорого, поэтому его применяют лишь в особо ответственных случаях. Если необходимо получить большую выдержку времени предохранителя при нагрузках, следует применять плавкие вставки из цинка и свинца. Вставки из серебра и меди дают меньшие выдержки времени.
Алюминиевые плавкие вставки применяются в предохранителях в связи с острым дефицитом традиционных цветных металлов. Высокое сопротивление оксидных пленок на алюминии затрудняет осуществление надежного разъемного контакта. Толстая оксидная пленка образует тугоплавкую оболочку на поверхности вставки и затрудняет ее разрушение при плавлении токами короткого замыкания (жидкий металл удерживается в «трубке» из пленки). Но эти недостатки устранены и алюминиевые вставки нашли применение в предохранителях разработки последних лет.
По принципу устройства предохранители можно разделить на следующие виды: с открытой плавкой вставкой в воздухе; закрытые предохранители с наполнителем (засыпные); жидкометаллические и инерционные.
В закрытых предохранителях, выполненных в виде фибровой трубки, закрытой с концов латунными колпаками, гашение дуги осуществляется в результате повышения давления внутри трубки из-за разложения фибры. В засыпных предохранителях возникшая при плавлении вставок электрическая дуга тесно соприкасается с мелкими зернами наполнителя (кварцевый песок), интенсивно охлаждается, деионизируется и поэтому быстро гаснет.
Независимо от конструкции, работа предохранителя характеризуется так называемой защитной или времятоковой характеристикой, которая представляет собой зависимость времени плавления плавкой вставки от величины протекающего через нее тока. Общий вид такой характеристики представлен на рис. 7.1.г.
Предохранитель будет защищать лишь в том случае, если его защитная характеристика (кривая 1) располагается несколько ниже характеристики защищаемого объекта (кривая 2) при любом значении тока в цепи. Однако реальная характеристика предохранителя (кривая 3) пересекает кривую 2. В области больших перегрузок (область Б) предохранитель защищает объект. В области А предохранитель объект не защищает.
Предохранители серии ПР-2 (рис. 7.1.д) имеют закрытые разборные патроны без наполнителя, изготовляются на напряжение 220 В (габарит I) и напряжение 500 В (габарит II). Номинальные токи патронов 15 – 1000 А. Номинальные токи вставок 6 – 1000 А.
Трубчатый патрон предохранителя состоит из фибрового цилиндра 1, латунных втулок 2, имеющих прорезь для плавкой вставки 3, и латунных колпачков 4.
Плавкая вставка 1 изготовляется из цинка, стойкого против коррозии. Вставка выполняется в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдельных участках. Такая конструкция вставки позволяет снизить время ее перегорания при протекании больших токов и, кроме того, повысить отключающую способность предохранителя в результате снижения количества паров металла в дуге при перегорании вставки (вставка перегорает лишь в суженных местах). В предохранителях с номинальным током патрона 15 – 60 А латунные колпачки 5 являются контактными частями предохранителя, а у предохранителей с номинальным током патрона от 100 А и выше контактными частями являются медные ножи 5.
Предохранители этого типа выпускаются на токи до 500 В переменного тока частотой 50 Гц. Предельно отключаемый ток составляет 60 кА.
Рис. 7.1. Кнопки управления. Переключатели. Рубильники. Предохранители
Предохранители с наполнителем серии ПН-2 (рис.7.1. е) имеют номинальные токи патронов 40 – 600 А; номинальные токи вставок 6 – 600 А.
Фарфоровая трубка 1, квадратная наружи и круглая внутри, имеет по углам четыре резьбовых отверстия в которые ввинчиваются винты, крепящие пластинки 5. К этим пластинкам винтами привинчены диски 4 с приваренными с одной стороны медными плавкими вставками 2 с оловянным растворителем
растворителем 7, а с другой стороны – ножами 9. Для герметизации патрона под пластины 5 кладется асбестовая прокладка 6, что предохраняет песок от увлажнения. Плавкие вставки 2 имеют прямоугольное сечение с суженными участками 8 (от 1 до 5 ).
Перегоревшая плавкая вставка заменяется вместе с ножами. Патрон заполняется кварцевым песком 3 с размерами зерен от 0,2 до 0,4 мм. Влажность песка должна быть не более 3 %.
Предохранитель ПНБ-2 (Б - быстродействующий) имеет такую же конструкцию как ПН-2, но вставки у них серебряные и предназначены для защиты германиевых и кремниевых выпрямителей.
Предохранители работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстояния друг от друга.
Автоматические выключатели
Автоматические выключателипредназначены для коммутации цепей при токах КЗ и перегрузке, а также для редких включений и отключений цепей в нормальном режиме.
В установках до 1 кВ применяются разнообразные по конструкции и назначению автоматические выключатели. Наиболее широкое применение получили автоматические выключатели серий ABM, AM, А-3700, Э.
Принципиальная схема автоматического выключателя приведена на рис. 7.2.а
Рис.7.2. Низковольтные выключатели
Во всех автоматических выключателях имеются дугогасительные 1 и главные 2 контакты. Главные контакты (медь, серебро) имеют малое переходное сопротивление и могут длительно пропускать большие номинальные токи. Параллельно главным включены дугогасительные контакты, выполненные из металлокерамики.
Отключающий импульс по механической связи 6 воздействует на рычаги 5 механизма свободного расщепления, «ломает» их по шарнирному соединению О2, и контактный рычаг 3 под действием отключающей пружины 4 поворачивается против часовой стрелки. При этом отключаются сначала главные, а затем дугогасительные контакты. Возникшая дуга под действием электродинамических сил втягивается в дугогасительную камеру с деионной решеткой из металлических пластин 9, где разделяется на ряд коротких дуг и гаснет. Включение выключателя осуществляется рукояткой 7 или электромагнитным приводом 8.
В зависимости от типа автоматического выключателя отключающий импульс может создаваться электромагнитным расцепителем, реагирующим на токи КЗ, тепловым расцепителем, реагирующим на перегрузку, расцепителем, реагирующим на снижение напряжения. Возможно дистанционное отключение от независимого расцепителя.