Применение автоматических выключателей

Назначение

Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для зашиты электрических цепей от короткого замыкания, из­менения напряжения, перегрузок и других нарушений режима работы цепи, а также для ручного отключения и включения линий и потребителей энергии.

Включают цепь автоматитеским выключателем вручную, а отключать ее могут как вручную, так и автоматически, в ре­зультате срабатывания вмонтированного в корпус расцепителя. Последний представляет собой блок, встроенный в корпус вы­ключателя и предназначенный для отключения выключателя под действием тока, превышающего ток настройки.

Во всех автоматах расцепляющее устройство конструируют так, что исключается возможность удерживания контактов вы­ключателя во включенном положении (кнопкой, рукояткой или дистанционным приводом) при отклонении от режима работы в защищаемой цепи. Быстрота отключения не зависит от операто­ра, а определяется исключительно конструкцией расцепителя.

Преимущества автоматов перед плавкими предохранителями

Во-первых, они срабатывают надежнее, чем плавкие предо­хранители.

Во-вторых, при защите трехфазного устройства устраняется возможность его работы в неполнофазном режиме, так как при перегрузках и коротких замыканиях отключаются сразу же все три фазы.

В-третьих, значительно снижаются простои электрообору­дования из-за того, что на включение сработавшего автомата требуется меньше времени, чем на замену перегоревшего предо­хранителя.

Основные требования к выключателям

Во всех автоматах главная контактная система должна:

. обеспечивать, не перегреваясь и не окисляясь, продолжительный

режим работы при номинальной силе тока;

. не повреждаясь, отключать цепь при токах короткого замыкания.

Виды применяемых расщепителей

Конструкции автоматических выключателей различаются расщепителями — встроенными устройствами в виде защитных реле для дистанционного отключения.

Автоматы е тепловыми расцепителями предназначены для защиты от перегрузок. В качестве теплового расцепителя служит биметаллическая пластинка. При прохождении по ней тока пе­регрузки она изгибается и приводит в действие расцепляющий механизм, отключающий автомат. Тепловые расцепители отклю­чают цепь в зависимости от длительности и силы тока, превы­шающего уставку теплового расцепителя.

Совет. Силу тока уставки теплового расцепителя выбирают равной 125...150 % от значения длительной силы тока макси- льна допустимой нагрузки.

Автоматы с электромагнитным расщепителем служат для защиты от коротких замыканий. Автомат с электромагнитным расцегштелем в каждой фазе имеет электромагнитное реле мак­симального тока, состоящее из катушки, сердечника и пружины. Ток короткого замыкания, проходя по катушке, содействует втягиванию внутрь ее сердечника, который сжимает пружину и приводит в действие расцепляющее устройство. Такое от­ключение называют отсечкой. Электромагнитные расцепители срабатывают практически мгновенно (за 0,02 с).

Совет. Силу тока уставки электромагнитного расцепителя выбирают на 20..30 % выше наибольшей силы тока кратковре­менной перегрузки, возможной, например, при пуске электричес­ких двигателей.

Автоматы с комбинированным расщепителем имеют как тепловой, так и электромагнитный раецепители. При наличии комбинированного расщепителя выключатель мгновенно сра­батывает при сверхтоках и с выдержкой времени от перегрузок, определяемой тепловым раснепителем.

Расцепитель минимального напряжения срабатывает при снижениях напряжения до 70...30 % номинального.

Для выключателя данной величины может быть несколько расцепителей, имеющих свои разные номинальные токи, кото­рые могут регулироваться. Установка на ток мгновенного сраба­тывания, или ток отсечки, означает, что при данном токе сраба­тывает электромагнитный расцепитель данного выключателя.

Предельная коммутационная способность означает предель­ный ток, который может отключить выключатель.

Кроме того, автоматические выключатели разных серий и типов различают по следующим признакам:

* виду тока (переменный, постоянный);

.

. количеству полюсов (1, 2 и 3);

* номинальной силе тока расцепителей.

Сокращенные обозначения расцепителей: Т — только тепло­вой; М — только электромагнитный; МТ — комбинированный, т.е. тепловой и электромагнитный вместе.

Типы применяемых автоматических выключателей

Автоматические выключатели можно разделить на две группы. . Автоматы без регулировки силы тока устав­ки тепловых расцепителей. К нерегулируе­мым автоматам относятся выключатели се­рий АЗ 100, АЕ1000, АЕ2000, АК63, АБ25.

. Автоматы с регулировкой силы тока уставки расцепителей. К ним относятся выключатели серий АП50, А3700, АВ,

АВМ. Конструкции некоторых серий этих автоматов весьма сложны. Есть, на­пример, автоматы С часовым механизмом, Рис. 3.23. Общий вид

с электродвигательным приводом ДЛЯ автоматического резьбо-

t г вого предохранителя типа

включения, с гидравлическим замедлите- пар-6.з

лем отключения расцепителя.

Выбор типа автоматического выключателя

При выборе автомата исходят из того, что его номинальное напряжение должно быть выше или равно номинальному напря­жению сети. Определяют также с помощью расчетов максималь­ную силу тока короткого замыкания в зоне защиты и предельно допустимую силу тока*автоматического выключателя выбирают больше этой величины.

Номинальная сила тока расщепителя, кроме того, должна быть несколько больше значения силы тока длительной мак­симальной нагрузки, иначе автомат будет отключать цепь не только при отклонении силы тока от своего заданного значения, но и при нормальном режиме работы.

Кроме всего этого, необходимо обеспечить избирательность (се­лективность) действия автомата: он должен отключать защищае­мый объект раньше, чем другие аппараты защиты, расположенные ближе к источнику питания, отключат всю группу потребителей.

В домах в зависимости от используемой сети применяются либо трехполюсные, либо однополюсные автоматические вы­ключатели.

Расчет характеристик автоматического выключателя

Во-первых, определим токи уставки теплового и электромаг­нитного расцепителей. Напомню, что тепловой расцепитель автомата защищает электроустановку от длительной перегрузки но току. Ток уставки теплового расцепителя принимается на 15.,20% больше рабочего тока:

1_тр = (1,15... 1,2) х!_р,

где 1_р — рабочий ток электроустановки. А.

Электромагнитный расцепитель автомата защищает электроустановку от коротких замыканий. Ток уставки электромагнитного расцепителя определяется из следующих соображений: автомат не должен срабатывать от пусковых токов двигателя электроустановки 1_пуск ,_1В, срабатывание элек­тромагнитного расцепителя 1_{э м р} выбирается кратным току сра­батывания теплового расцепителя:

h.M.p. ~ ^Кх ^т.Р’

где К = 4,5.,.10 — коэффициент кратности тока срабатывания элек­тромагнитного расцепителя.

Во-вторых, выбранный автоматический выключатель про­веряется по отключающей способности.

Автоматы с номинальным током до 100 А должны срабатывать при условии

^ЭМ.Р. ⁼ К х 1_{о к з} >

где I_QK3 — ток однофазного короткого замыкания.

Автоматы с номинальным током более 100 А должны сра­батывать при

1_эмр =1,26,1 _ок.₃;

В-третьих, выбранный автоматический выключатель про­веряется по чувствительности.

Чувствительность автомата, имеющего только тепловой рас- цепитель, определяется соотношением

Отключающая способность автомата с электромагнитным расцепителем определяется величиной тока трехфазного ко­роткого замыкания

^Э.М.Р.

Области применения автоматов различных типов

В осветительных сетях наиболее часто применяются:

. резьбовые автоматические выключатели типа ПАР на 6,3 А; 10 А

и 16 А 250 В (рис. 3.23):

. автоматические выключатели АЕ10 на 16 А; 25 А 250 В (рис. 3.24).

Автоматы, предназначенные для защиты квартирных группо­вых сетей от перегрузок и коротких замыканий, имеют наиболее простое устройство.

Для защиты трехфазных электричес­ких сетей применяют трехфазные автома­тические выключатели серий АЕ20, АП50Б

Рис. 3.24. Автома тический выключа­тель типа АЕ10

и др. с номинальными токами на 6.3; 10; 16; 25 и 40 А.

Рис. 3.25. Однофаз­ный автоматический выключатель типа АЕ1000

Выключатель АК63 разработан с целью замены выключателя АП50, имеющего ма­лую коммутационную способность. Выклю­чатель имеет расцепители максимального тока на 0,63...63 А, 500 В переменного и 220 В постоянного напряжения, его комму­тационная способность в 2,5 раза больше, чем у выключателя АП50. В отличие от вык­лючателей АП50 выключатели АК63 имеют открытые выводы, для закрывания которых могут поставляться крышки. Открытые вы­воды, не соприкасающиеся с корпусом вык­лючателя, имеют лучший теплоотвод, а при нагреве выводов не происходит выгорания корпуса выключателя.

Для защиты участков сетей жилых и общественных зданий предназначены выключа­тели серии АЕ1000 (рис. 3.25). Они являются однополюсными с раснепителями тепловыми, эл ектромагнитными или комбинированными на токи 6; 10 и 16 А.

Для защиты участков с большим током (например, от пере­грузок и токов короткого замыкания асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором) применяются автоматические выключатели АЕ2000. Они разрабатывались с целью замены всех других выключателей на ток до 100 А.

Для защиты электрических установок от перегрузок и корот­ких замыканий (особенно изолированных проводов и кабелей от недопустимого нагревания в этих режимах), а также для не­частых коммутаций силовых электрических цепей служат авто­маты серии АЗ 100 (рис. 3.26).

Отключено

автоматически

Рис. 3.26. Установочный автомат серии А3100

Принцип действия автоматического выключателя серии ПАР

Теперь рассмотрим детально принцип действия основных типов автоматических выключателей. На корпусе выключате­ля написаны номинальные данные: предельное напряжение сети, в которой может применяться ПАР, например, 250 В; номинальный ток, например, 6,3 или 10 А.

Когда автоматический выключатель включен, кнопка для его вклю­чения утоплена. На кинематических схемах детали показаны простей­шим образом: оси обозначены точками (кружками), детали, изготовлен­ные из изоляционных материалов, заштрихованы крест-накрест.

Первый этап — работа в штатном режиме сети. ПАР вклю­чен (рис. 3.27). Ток проходит от центрального контакта через неподвижные контакты, соединенные контактным мостиком, биметаллическую пластину (или через проволоку, навитую на нее, в зависимости от конструкции), гибкий проводник и об­мотку электромагнита к гильзе. Под действием тока нагрузки биметаллическая пластина нагревается и несколько изгибается, а в электромагните возникают механические усилия, которые тя­нут сердечник вниз, внутрь электромагнита. Однако пока сила протекающего тока не превосходит допустимой, ни изгибание биметалла, ни усилия электромагнита не могут изменить поло­жение деталей автоматического выключателя, и он остается включенным.

Второй этап — ра­бота при значительной перегрузке сети. При возникновении долго- продолжающейся значи­тельной перегрузки:

. биметаллическая пласти­на успевает сильно изог­нуться. Изгиб происходит тем быстрее, чем перегруз­ка больше;

Рис. 3.28. Работа ПАР при значительной на­грузке

. штифт, связанный с пластиной, перемеща­ется влево и переходит в положение, изобра­женное на рис. 3.28;

. рычаг соскакивает со штифта;

» пружина выталкивает вверх цилиндричес­кую деталь;

« рычаг поворачивается вокруг оси О и, бла­годаря этому, ПАР отключается.

Ось при этом переме­щается вверх по направ­ляющим пазам.

Третий этап —■ вос­становление температур­ного режима автомата.

Через несколько минут биметаллическая пластинка остывает, после чего автоматический выключатель может быть вновь вклю­чен. Если к этому времени причина перегрузки уже устранена, то автоматический выключатель может быть включен и работать в штатном режиме. Если перегрузка не устранена, он через не­которое время опять отключится.

Четвертый этап — ручное включение после восстановле­ния. Автоматический выключатель включается кнопкой. При

этом рычаг повернется вокруг оси О и займет положение, показанное на рис. 3.27. Контакты замкнутся, и механизм во включенном положе­нии будет зафиксирован благодаря тому, что ле­вый конец рычага будет удерживаться штифтом, а правый — зашелкой.

Рис. 3.29. Работа ПАР при коротком замыка-

Пятый этап — рабо­та при коротком замы­кании в сети. Если ток в сети резко и значитель­но возрастает: НЖ в защищаемой сети

• сердечник мгновенно втягивается вниз (рис. 3.29);

. защелка поворачивается вокруг оси О, и освобождает рычаг;

. в результате этого автоматический выключатель отключается.

Описанное выше мгновенное отключение называется отсечкой. При последующем включении ПАР, если повреждение в сети не устранено (например, касаются друг друга оголенные провода), ПАР немедленно отключается, независимо от того, сколько време­ни нажата кнопка включения, и повторно включиться не сможет. Это обязательное требование к автоматическим выключателям (при нажатии кнопки включаться в случае поврежденной сети толь­ко 1 раз) обеспечивается так называемым свободным расцеплением. Чтобы повторно включить автомат, надо произвести сознательное действие, в нашем примере отпустить кнопку, а потом еще раз ее нажать.

Шестой этап — отключение вручную. Производится нажа­тием кнопки для ручного отключения:

. кнопка надавливает на защелку;

. процесс отключения происходит так же, как при автоматическом отключении.

Пружина определяет необходимое положение защелки и сер­дечника электромагнита. Пружина создает контактное нажатие.

3.6.