Устройство. Автоматический выключатель - это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической

Автоматический выключатель - это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи при аномальных состояниях электрической цепи, например, коротком замыкании.

Коммутационные аппараты применяются в электроустановках для включения или отключения тока в одной или нескольких электрических цепях. При коммутации электрических цепей автоматический выключатель выполняет операции включения и отключения, а также включения с последующим автоматическим отключением.

Обобщенная блок-схема взаимодействия механических частей АВ (на примере одного полюса) приведена на рис. 4.3. Рассмотрим назначение основных узлов АВ.

Основными узлами любого автоматического выключателя являются контактно-дугогасительная система, механизм свободного расцепления (МСР), а также элементы управления и защиты.

Аппарат коммутирует цепь с током i. Для ручного включения поворачивают рукоятку 12 в указанном направлении до такого положения, пока рычаг не встанет на защелку (на рис. 4.3 не изображена). Главные контакты 3 и дугогасительные контакты 1 будут замкнуты, а отключающая пружина 9 взведена (растянута).

При включении первыми замыкаются дугогасительные контакты 1, после них - главные контакты 3. При отключении сначала расходятся главные контакты и ток переходит в дугогасительные. В результате на главных контактах предотвращается образование дуги большой мощности. Дуга гасится в дугогасительной камере 2. Гибкая медная связь 15 необходима для создания цепи тока при движении подвижного контакта.

Для выполнения своих защитных функций автоматические выключатели снабжаются специальными устройствами - расцепителями (элементы 4, 5, 10, 11), воздействующими в различных нештатных ситуациях и аварийных режимах на механизм свободного расцепления (элементы 6, 7, 8, 13). Самыми распространенными являются расцепитель с биметаллическим элементом (тепловой) 4 и электромагнитный 5. Они защищают от сверхтоков (токов перегрузки и КЗ) и относятся к расцепителям максимального тока. Время действия теплового расцепителя зависит от тока: чем больше ток, тем быстрее расцепитель срабатывает, а время действия

Рис. 4.3. Конструктивная схема одного полюса автоматического воздушного выключателя QF в схеме питания электродвигателя совместно с магнитным пускателем (контактором KM и тепловым реле KK): 1, 3 – дугогасительные и главные контакты; 2 – дугогасительная камера; 6,7,8, 13 – механизм свободного расцепления (МСР): 13 – упор системы ломающихся рычагов 6 и 7, 8 – пружина; 12 – ручной привод включения-отключения АВ; 14 – планка воздействия на МСР; 4 – термо­биметаллический (тепловой) расцепитель (биметаллическая пластинка и нагревательный элемент); 5 – электромагнитный расцепитель максимального тока; 10 – расцепитель минимального напряжения; 11 – независимый расцепитель; 9 – отключающая пружина; 15 – гибкая связь; 16– главный рычаг, несущий подвижный контакт; 17 – компенсатор электродинамических сил дугогасительных контактов; 18 – пружина дугогасительных контактов; 19 – контактная пружина главного подвижного контакта; 20 – электромагнитный или моторный привод выключателя; KM – электромагнитный контактор; KK – тепловое реле; М – электродвигатель, О1,О2,О3. – оси вращения элементов АВ.

электромагнитного расцепителя обычно мало и условно считается, что он срабатывает мгновенно. Существуют и другие виды расцепителей. Например, минимальный расцепитель 10 защищает от снижения напряжения контролируемой сети, а независимый расцепитель 11 позволяет практически мгновенно дистанционно отключить выключатель.

Система ломающихся рычагов 6, 7 осуществляет связь между рукояткой 12 и главным рычагом 16, воздействующим на подвижный контакт АВ. Эта механическая связь между рукояткой и подвижным контактом нарушается при автоматическом отключении аппарата от элементов управления и защиты или при дистанционном отключении.

Механизм свободного расцепления предотвращает повторные включения и отключения аппарата, в частности - при включении аппарата на существующее в сети КЗ. Если вместо механизма свободного расцепления между рукояткой 12 и рычагом 16 сделать жесткую связь, то возможно многократное включение на КЗ и последующее отключение от защиты. Такие повторные включения и отключения могут привести к выходу аппарата из строя.

Принцип действия механизма свободного расцепления более подробно рассмотрен на рис. 4.4. Во включенном положении шарнир, соединяющий рычаги 1 и 2, находится ниже «мертвой» точки, в которой центры всех трех шарниров рычагов 1 и 2 расположены на одной прямой. В аварийной ситуации под воздействием толкателя 8 расцепителя 7 рычаг 2 идет вверх и проходит «мертвую» точку. Пружина 5 расцепителя воздействует на главный рычаг 3 и элемент 4. В результате этого они переходят в положение, изображенное на рис. 4.4, б. Для подготовки выключателя к новому включению рукоятка 10 должна быть опущена вниз до упора.

Рис. 4.4. Три устойчивых положения механизма свободного расцепления: а – включено; б – отключено автоматически; в – отключено вручную; 1, 2 – ломающиеся рычаги механизма свободного расцепления; 3 – главный рычаг; 4 – элемент, передающий движение главному подвижному контакту; 5 – отключающая пружина; 6 – упор системы ломающихся рычагов; 7 – электромагнитный расцепитeль; 8 – толкатель механизма расцепления; 9 – рычаг рукоятки привода выключателя; 10 – перекидная рукоятка привода выключателя

Итак, расцепление механизма ломающихся рычагов 1,2 и 3 (см. рис. 4.4) позволяет пружине произвести перемещение элемента 4 и контактов выключателя в отключенное положение. При этом энергия, запасенная в пружине, расходуется на движение механизма и контактов аппарата. Поэтому при последующем включении в пружине вновь должна быть запасена энергия, т.е. требуется ее взвести (растянуть или сжать в зависимости от конкретного исполнения выключателя).

Принцип работы механизма свободного расцепления позволяет выделить три состояния автоматического выключателя: «отключен», «включен» и «отключен автоматически»; диаграмма возможных переходов из одного состояния в другое представлена на рис. 4.5. При переходе в положение «включен» взводится отключающая пружина выключателя, и он готов к отключению аварийных режимов. Под действием тока перегрузки или КЗ происходит автоматическое отключение, т.е. переход в состояние «отключен автоматически». Теперь во включенное состояние аппарат может быть переведен только через положение «отключен».

Рис. 4.5. Диаграмма состояний автоматического выключателя

Для однозначного визуального определения положения контактов на автоматическом выключателе обязательно предусматривается индикация. Включенному состоянию (замкнутому положению контактов) соответствует верхнее положение ручки выключателя и знак (|), отключенному вручную (разомкнутому) - нижнее положение и знак (0). Если выключатель отключен автоматически, то ручка располагается посредине между включенным и отключенным положениями.