Автоматические выключатели

Автоматический выключатель предназначен для коммутации цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей.

Автоматические выключатели, не обладая недостатками плав­ких предохранителей, обеспечивают быструю и надежную защиту электрической сети от токов перегрузки и короткого замыкания. Та ким образом, автоматические выключатели выполняют одновременно функции защиты и управления.

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, на­зываемые расцепителями, которые обеспечивают отключение при пере­грузках, КЗ. Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. Автоматические выключатели характеризуются соб­ственным временем отключения t_c._откл - это промежуток времени от

момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов. Разли­чают нормальные выключатели t_c. _откл = 0,2 - 0,7 с, а некоторые серии

и до 1 с, с выдержкой времени - (селективные) и быстродействующие выключатели t_c. _откл < 0,005 с.

Нормальные и селективные выключатели не обладают токоо-граничивающим действием. Токоограничивающим действием обла­дают быстродействующие автоматические выключатели, так как от­ключают цепь до того, как ток в ней достигает максимального значения ударного тока i_у.

Селективные автоматические выключатели позволяют осущест­вить селективную защиту сетей путем установки автоматических вы­ключателей с разными выдержками времени: наименьший у потреби­теля и ступенчато возрастающей к источнику питания.

Для выполнения защитных функций выключатели снабжаются тепловыми расцепителями или электромагнитными, либо комбиниро­ванными (тепловые и электромагнитные) расцепителями. Тепловые расцепители предназначены для защиты цепей от токов длительной перегрузки, а электромагнитные от токов короткого замыкания. В за­висимости от характера изменения режима работы элемента сети от нормального режима срабатывают встроенные в аппарат тепловые или электромагнитные расцепители.

Действие тепловых расцепителей, встраиваемых в выключатель, основано на использовании нагрева биметаллической пластинки, из­готовленной из спая двух металлов с различными коэффициентами теплового линейного расширения. В расцепителе при токе, превы­шающем ток, на который они рассчитаны, одна из пластин при нагре­ве удлиняется больше, в результате чего воздействует на отключаю­щий пружинный механизм и коммутирующие контакты размыкаются.

Тепловой расцепитель автоматического выключателя не защи­щает электрическую сеть или электродвигатель от короткого замыка­ния. Это объясняется тем, что они, обладая большой тепловой инерцией, не успевают нагреться за столь малое время от тока короткого замыкания или пускового тока электродвигателя.

Электромагнитный расцепитель представляет собой электро­магнит, воздействующий на отключающий пружинный механизм. Ес­ли ток в катушке электромагнита превышает определенное, заранее установленное значение, то электромагнитный расцепитель отключа­ет коммутирующее устройство и в результате отключает линию мгновенно.

Схема автоматического выключателя с комбинированным рас-цепителем приведена на рис. 4.1. Для включения автоматического выключателя нажимают кнопку (выключатели серии АП50Б) или по­ворачивают рычаг (выключатели серии АЕ1000, АЕ2000, А3700, ВА), при этом замыкаются контакты 1 и защелка 3, 4 входит в зацепление.

Рис. 4.1. Схема автоматического выключателя

При номинальном режиме ток нагрузки проходит по контактам 1, нагревательному элементу 6 теплового биметаллического расцепителя, катушке 9 электромагнитного расцепителя к электроприемнику.

При возникающей перегрузке ток, проходя по нагревателю теп­лового реле, нагревает биметаллическую пластинку 7, которая изги­бается и действует на рычаг 5, рычаг приподнимает защелку 4, за­щелка освобождается и при этом под действием пружины 2 контакты 1 выключателя размыкаются.

При коротком замыкании электромагнит 9 электромагнитного расцепителя мгновенно втягивает сердечник 10 и толкателем 8 воз-

действует на рычаг 5 - происходит автоматическое отключение вы­ключателя.

Автоматические выключатели характеризуются номинальным напряжением (максимальное напряжение сети, при котором еще до­пускается применять данный аппарат) и номинальным током (макси­мальный ток, указанный в паспорте, который выдерживает выключа­тель неограниченное время).

Расцепители, встроенные в выключатель, характеризуются но­минальным током, который они выдерживают длительное время. Наименьший ток, вызывающий отключение выключателя, называют током трогания или срабатывания, а настройку расцепителя на задан­ный ток срабатывания - уставкой тока. Уставку тока электромагнит­ного расцепителя, настроенную на мгновенное срабатывание, назы­вают отсечкой.

Автоматические выключатели характеризуются временем сра­батывания. Времятоковая характеристика (защитная характеристика) автоматического выключателя приведена на рис. 4.2. Защитная харак­теристика имеет два участка АВ и СD. Электромагнитные расцепите­ли имеют обратнозависимую от тока выдержку времени при пере­грузках (участок АВ) и независимую выдержку времени при токах КЗ (участок CD).

0,8-1,25

3-10

Рис. 3.2. Защитная характеристика автоматического выключателя

В системах электроснабжения промышленных предприятий, общественных и жилых зданий, в схемах управления станков, меха­низмов, машин широко применяются автоматические выключатели серий АП50Б, АЕ1000, АЕ2000, А3700 и полностью заменяющие их автоматические выключатели серии ВА51, ВА52, ВА53, ВА55, ВА75.

Токовые реле

Электромагнитные реле мгновенного действия серии РТ-40 Эти реле применяются в схемах максимально-токовой защиты систем электроснабжения и другого электрооборудования. Конструк­ция реле приведена на рис. 4.3. Реле состоит из электромагнита 1, об­мотки из двух катушек 2, якоря 5, укрепленного на оси с подвижным мостом 3, и спиральной противодействующей пружины 4.

Работает реле следующим образом, когда электромагнитная сила реле больше механической силы пружины, якорь притягивается к элек­тромагниту, при этом подвижный контактный мост 3 замыкает одну па­ру контактов и размыкает вторую пару неподвижных контактов.

Рис. 4.3. Реле максимального тока серии РТ-40:

а - общий вид: 1 - магнитопровод; 2 - катушки; 3 - подвижный

контактный мостик; 4 — пружина; 5 — якорь; 6 — неподвижные

контакты; 7 - изолированная колодка; 8 - шкала; 9 - указатель;

10 - пружинодержатель; 11 - втулка; 12 - хвостовик; 13 - гаситель

колебаний; 14 - ось; 15 - упоры; б - схемы соединения обмоток реле

Уставка срабатывания реле серии РТ-40 плавно регулируется натяжением пружины 4 и ступенчато переключением катушек обмот­ки с последовательной схемы на параллельную (рис. 4.3, б), при этом значение шкалы реле изменяется в два раза.

Пределы уставок тока срабатывания реле при последовательном соединении катушек составляют 0,5-25 А, при параллельном соеди­нении - 1-50 А.

Реле тока серии РТ-80. Комбинированное реле тока имеет в своей конструкции индукционный воспринимающий элемент, дей­ствующий с выдержкой времени, зависимой от тока, и электромаг­нитный воспринимающий элемент мгновенного действия (отсечка), срабатывающий при больших значениях тока. Выпускаются следую­щие реле этой серии: РТ-81, ..., РТ-86, РТ-91 и РТ-95. Все они анало­гичны по устройству и принципу действия, но отличаются характери­стиками, числом или конструкцией контактов. Реле РТ-81 и РТ-82 имеют один замыкающий контакт, а реле РТ-85 и РТ-86 - усиленные переключающие контакты. Реле РТ-83 и РТ-84 имеют два замыкаю­щих контакта (главный - срабатывающий от электромагнитного эле­мента и сигнальный - действующий от индукционного элемента). Ре­ле РТ-91 имеет только один замыкающий контакт обычного исполнения, а реле РТ-95 - усиленный переключающий контакт.

Индукционное реле серии РТ-80 имеет два релейных элемента -индукционный и электромагнитный (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Индукционное реле серии РТ-80

Индукционный элемент состоит из электромагнита 14 с корот-козамкнутыми витками 16 и диска 6, ось которого находится в под­шипниках 8, установленных на рамке 4. Рамка поворачивается на осях 3 и пружиной 2 удерживается в крайнем положении, т. е. пружи­ной к упору 1. На ось диска насажен червяк 18. В исходном положе­нии рамки сегмент 7, имеющий червячные зубья, не находится в за­цеплении с червяком, и контакты 9 реле разомкнуты.

При протекании по обмотке реле тока I_p > I_ср. _р диск медленно

начинает вращаться под действием электромагнитного момента, соз­даваемого током реле. Рамка поворачивается, червяк входит в зацеп­ление с зубьями сегмента и начинает постепенно подниматься, пре­одолевая усилие пружины 17, и специальной планкой 10 замыкает контакты реле. Время срабатывания реле регулируется начальным положением зубчатого сегмента при помощи винта, укрепленного на шкале времени. Чем больше сила тока I_p в обмотке электромагнита,

тем быстрее будет вращаться диск, и тем меньше будет выдержка времени срабатывания контактов. Токи срабатывания индукционного элемента I регулируются изменением числа витков обмотки (пере­становкой контактного витка 13 на контактной колодке); I_ср._р > (2-10) А; время срабатывания - 0,5-16 с.

Электромагнитный элемент реле РТ-80 состоит из ярма, элек­тромагнита 15 и якоря 11. При протекании по обмотке реле тока I_p > 2I_ср. _р якорь втягивается и без выдержки времени (отсечкой) за­мыкает контакты реле. Таким образом, электромагнитный элемент может действовать совместно с индукционным элементом или само­стоятельно.

Электромагнитный элемент действует при больших токах, как бы отсекая часть характеристики реле, поэтому действует с отсечкой. Ток отсечки I_отс =(2-8)7_срр. Токи срабатывания электромагнитного

элемента регулируются изменением количества витков обмотки и по­ложения регулировочного винта 12 тока серии РТ-80.

Дифференциальные выключатели (УЗО)

Дифференциальный выключатель предназначен для повышения безопасности эксплуатации человеком электрооборудования (бытово­го и промышленного) в электрической сети переменного тока часто­той 50 Гц в системе электроснабжения с заземленной нейтралью. Дифференциальный выключатель или устройство защитного отклю­чения (УЗО) используют в качестве «аварийной» защиты от пораже­ния электрическим током, в случае прямого прикосновения человека к токоведущим частям или оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции. При токе, равном или превышаю­щем уставку, время срабатывания выключателя не превышает 0,1 с.

При использовании дифференциального выключателя (УЗО) не­обходимо последовательно с ним включать автоматический выключа­тель аналогичного или большего номинала или плавкие предохрани-

тели, так как конструкция выключателя (УЗО) не предусматривает защиты от короткого замыкания (сверхтоков).

Производятся выключатели двух- и четырехполюсного испол­нения и имеют варианты исполнения на восемь номинальных токов -16, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 А.

Устройства защитного отключения работают на основе функции дифференциального тока (разницы между прямым и обратным током, возникающим при утечке на землю). Дифференциальный трансфор­матор тока 3 (рис. 5.6) служит сигнализатором (датчиком) наличия тока утечки. Геометрическая сумма токов, протекающих по первич­ной обмотке трансформатора в нормальном режиме работы, равна нулю: I₁ + I₂ + I₃ + I_N = 0. При утечке тока равновесие их в первич­ной обмотке нарушается: I₁ + I₂ + I₃ + I_N = 1_Ап (отключающий диффе­ренциальный ток). Тогда в магнитопроводе трансформатора создается магнитный поток, индуцирующий ток во вторичной обмотке, который приводит в действие механизм отключения УЗО.

Рис. 4.5. Схема включения УЗО в сеть:

1 - исполнительный механизм; 2 - блок управления (усилитель);

3 - датчик дифференциального тока (дифференциальный

трансформатор); 4 - кнопка тест-контроль;

5 - трехфазный электроприемник

Для осуществления периодического контроля исправности (ра­ботоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При на­жатии кнопки «ТЕСТ» искусственно создается отключающий диффе­ренциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

Датчики

> Датчики температуры, давления, уровня, пути.

> Фото датчики.

> Оптоэлектрические датчики.

> Герконы.

> Датчики скорости.

> Датчики Холла.

> Реле, реализующие функции датчиков (реле времени,
напряжения, тока).