Автоматический выключатель типа АВМ

Автомат типа АВМ-4 изображен на рис. 4.13 (две дугогасительные камеры сняты). На изоляционной плите 1 располагаются: 2 - главные контакты; 3 - дугогасительные контакты; 4 - контактные пружины; 5 - дугогасительная система (камера с дугогасительной и пламягасительной решетками и контакты); 6 - главный вал; 7 - отключающий валик с кулачками; 8 - механизм свободного расцепления (МСР); 9 - рукоятка ручного привода; 10 - электродвигатель включения; 11 - якорь электромагнитного расцепителя; 12 - часовой механизм электромагнитного расцепителя, действующий при токах перегрузки; 13 - шкала уставок выдержки времени при перегрузке; 14 - шкала уставок тока срабатывания при перегрузке; 15 - шкала уставок тока срабатывания при токах КЗ; 16 - место установки механического замедлителя расцепления; 17 - место установки независимого расцепителя; 18-клеммник; 19 - отключающие пружины (за клеммником 18); 20 - защелка (планка) МСР; 21 - алюминиевые шины.

Включение АВ можно произвести вручную рукояткой 9 или дистанционно с помощью электродвигательного привода 10. Отключение осуществляется с помощью ручного привода или независимого расцепителя, а также от защит: минимального напряжения (при снижении напряжения в сети), максимально-токовой защиты (МТЗ), которая посредством электромагнитного расцепителя воздействует через кулачки на отключающий валик (7), освобождающий защелку МСР (20) (у селективных АВ - воздействие осуществляется через механический замедлитель расцепления). Размыкание контактной системы осуществляется под действием отключающей пружины (19) после того как МСР освободит главный вал (6). Контактная система автомата выполнена сдвоенной, что позволяет устранить разрушающее воздействие электрической дуги на поверхность главных (рабочих) контактов. Дуга, возникающая на разрывных (дугогасительных) контактах, загоняется в дугогасительную камеру под действием электродинамических сил, возникающих внутри витка, образованного токоведущими частями выключателя.

Рис. 4.13. Конструкция автоматического воздушного выключателя типа АВМ-4

Автоматический выключатель типа "Электрон"

Существует два типа базовых конструкций: первая на номинальный ток до 1000 А - выключатель Э06; вторая на токи до 6300 А - Э16, Э25, Э40. Обе модификации собираются из отдельных конструктивных сборочных единиц.

Автомат Э25 изображен на рис. 4.14 и состоит из контактных групп 1, дугогасительных устройств 2, механизма управления 3, контактов вспомогательных цепей 4, отключающей катушки 5, расцепителя минимального напряжения 6, полупроводникового реле максимального тока 7, штепсельного разъема 8, втычных контактов 9 (только для АВ выдвижного исполнения).

Контактная группа выключателя типа Э06 выполнена одноступенчатой с перекатывающимися контактами. У выключателей второй модификации имеются две группы контактов – главные и дугогасительные. В верхней части дугогасительных устройств установлены пламягасительные решетки.

Механизм управления совместно с механизмом свободного расцепления служит для включения АВ за счёт энергии накопленной спиральной пружиной, удержания контактной системы в замкнутом состоянии и обеспечения свободного расцепления (отключения), при срабатывании расцепителей. Спиральная пружина помещается в барабане 3а, завод пружины осуществляется от электродвигателя 3б (М) через редуктор 3в или вручную при помощи съемной рукоятки, вставляемой в отверстие 3д. Включение осуществляется путем выдергивания защелки включающей пружины. Эта операция может быть выполнена вручную с помощью съемной рукоятки, устанавливаемой в отверстие 3ж или кнопкой "ВКЛ"(SB), тогда на защелку воздействует электромагнит включения YAON, 3к на рис. 4.14. Схема управления автоматом приведена на рис. 4.15.

После включения автомата замыкаются контакты конечного выключателя 3г (SQ) и электродвигатель вновь заводит пружину 3а в течение 6 - 10 с; т.е. автомат подготавливается к следующему включению. Отключение осуществляется через механизм свободного расцепления при повороте отключающего валика 3з вручную – механической кнопкой "ОТКЛ" или дистанционно – подачей напряжения на независимый расцепитель 6.

При перегрузке или КЗ на отключающий валик воздействует катушка электромагнита отключения (ЭО). Размыкание контактов происходит под действием отключающих пружин. Штепсельный разъем 8 (X1) служит для соединения с внешними цепями управления и сигнализации.

Блок-схема автомата представлена на рис. 4.16 и состоит из главных контактов (ГК), связанных через механизм свободного расцепления (МСР) с механизмом управления. В механизм управления входят: спиральная пружина (СП), которая заводится электродвигателем (М) через редуктор (Р); электромагнит включения (ЭВ) с кнопкой "ВКЛ"; механически связанные с МСР кнопка "ОТКЛ", расцепитель минимального напряжения (РМН) и электромагнит отключения (ЭО).

Отключение выключателя при возникновении аварийных режимов в сети происходит при помощи полупроводникового реле максимального тока (РМT), которое подключается к трансформаторам тока (ТA). Они обеспечивают его питание и действие ЭO от блока питания (БП).

Рис. 4.14. Конструкция автоматического воздушного выключателя типа «Электрон»

Рис. 4.15. Схема управления автоматическим воздушным выключателем типа “Электрон”: SB – кнопка управления «Вкл»; YAON – электромагнит включения; SQ – конечный выключатель; M – электродвигатель завода пружин; XI – штепсельный разъем

Информация о величине протекающего в защищаемой цепи тока I поступает через блок измерений (БИ) к полупроводниковым реле перегрузки и короткого замыкания (РП) и (РКЗ). При увеличении тока (до I_СП или I_СО) то или иное реле дает сигнал на работу блока управления, который дает импульс на открывание выходного тиристора VS. При этом от блока питания БП организуется электрическая цепь через электромагнит отключения ЭО, что приводит к «выбиванию» защелки механизма свободного расцепления МСР и освобождению энергии сжатой отключающей пружины, что приводит к отключению автомата, т.е. размыканию его главных контактов. Отключение может произойти и с помощью реле минимального напряжения РМН, если по каким-либо причинам снизится напряжение в сети.

У автоматических выключателей этого типа обеспечивается широкий диапазон регулировки времятоковой защитной характеристики.

На лицевую панель реле максимального тока выведены ручки (см. рис. 4.14, 4.16):

7а – установка номинального тока расцепителя I_НР в пределах (0,8 ÷ 1,25)I_НБ, где I_НБ – номинальный базовый ток РМТ. Реле перегрузки дает команду на БУ при токе 1,25I_НР через 120 - 400 с (в зависимости от величины уставки выдержки времени РП в зоне токов шестикратной перегрузки, см. рис. 4.22);

7б – регулировка уставки выдержки времени РП в зоне токов шестикратной перегрузки (6I_НР) в пределах 4, 8, 16 с;

7в – регулировка уставки тока РКЗ в пределах (3, 5, 7, 10)I_НР,

7г – регулировка уставки времени срабатывания РКЗ в зоне токов КЗ в пределах 0,25; 0,45; 0,7 с.

Слева от ручек расположена панель, на которую выведены контрольные точки 0 – 4, используемые во время проверок РМТ, и два штепсельных переключателя S1 и S2, позволяющие видоизменять времятоковые характеристики выключателя.

Рис. 4.16. Блок - схема автоматического выключателя типа “Электрон”

4.4. Координация автоматических выключателей.
Селективность и каскадное включение

Термин «координация» определяет и характеризует поведение двух и более последовательно расположенных защитных аппаратов, например, автоматических выключателей при аварийных режимах в электрической сети.

Селективность (избирательность) заключается в обеспечении такой координации времятоковых характеристик последовательно расположенных выключателей, чтобы в случае повреждения отключался только выключатель, наиболее близкий к повреждению.

Различают полную и частичную селективность:

• в случае полной селективности при значении тока КЗ в линии потребителя меньшего или равного максимальному значению тока КЗ в точке А (рис. 4.17) срабатывает только автоматический выключатель QF2

• частичная селективность: при токе КЗ в линии потребителя ниже определенного значения срабатывает только автоматический выключатель QF2, при токе КЗ в линии потребителя, равном или выше этого определенного значения, срабатывают автоматические выключатели QF1 и QF2.

Рис. 4.17. Каскадное включение двух автоматических выключателей: QF1 - вышестоящий выключатель; QF2 - нижестоящий выключатель; А – место КЗ.

Для пары последовательно стоящих в одной сети выключателей существует понятие предельного тока селективности I_s (рис. 4.18). Если возникший в сети ток КЗ меньше тока I_s, то срабатывает только нижний выключатель QF2. В случае возникновения в сети тока КЗ большего I_s возможно одновременное срабатывание обоих выключателя QF1 и QF2.

Рис. 4.18. Соотношение токов при частичной селективности: Ir,QF2 - уставка защиты от перегрузок нижестоящего выключателя; Is -предельный ток селективности, IКЗ, max –максимальный ток КЗ при аварии непосредственно на выводах отходящей линии нижестоящего выключателя QF2.

Как правило, предельный ток селективности определяется нижней границей уставки мгновенного срабатывания верхнего выключателя QF1 (I_m,QF1 на рис. 4.19 а).

Существуют следующие типы селективности: по току и времени, логическая и энергетическая селективность.

Селективность по току (рис. 4.19, а) основывается на выборе автоматических выключателей, имеющих различные уставки тока срабатывания (автоматические выключатели на стороне питания имеют более высокие уставки). Этот тип селективности чаще используется на уровне конечных потребителей. У выключателей, выпускаемых разными производителями, минимальное соотношение уставок по току срабатывания различно, но приблизительно оно должно быть не менее 2.

Рис. 4.19. Селективность по току (а); селективность по времени (б)

Селективность по времени (рис. 4.19, б) достигается путем выбора выключателей с преднамеренной задержкой времени срабатывания Δt (выключатель, ближайший к источнику питания QF1 имеет большее время срабатывания). Селективность по времени требует задержки не менее 100 мс (0,1с) по отношению ко времени срабатывания автоматического выключателя на стороне нагрузки.

Для обеспечения временной селективности (также как и при токовой селективности) выключатели должны иметь разные токовые уставки защиты от перегрузки. Соотношение между этими уставками срабатывания выключателей на стороне питания и на стороне нагрузки должно быть не менее 1,5.

Применение токоограничивающих выключателей позволяет изменять предел селективности, т.е. улучшать токовую и временную селективность. Если нижний выключатель QF2 выбран токоограничивающим, то возникший ток повреждения I_КЗ, который будет протекать через выключатель QF1, ограничивается выключателем QF2.

Короткое замыкание может возникнуть на любом участке электроустановки, в том числе и на участках между выключателями (вне зоны пересечения ответственности выключателей). Но токи КЗ на входе и выходе выключателя QF2 (рис. 4.20) могут быть практически одинаковыми, поэтому необходимо «сообщать» вышестоящему выключателю QF1, что QF2 не в состоянии отключить возникшее КЗ. Такой принцип передачи информации по контрольному проводу от нижнего выключателя верхнему носит название логической селективности.

Контрольный провод соединяет последовательно расположенные выключатели. В аварийном режиме выключатель, расположенный выше повреждения, обнаруживает его и посылает сигнал блокировки мгновенного срабатывания на верхний уровень, т.е. вышестоящему выключателю. В этом случае вышестоящий аппарат будет работать с заданной блоком управления выдержкой времени. Если вышестоящий автоматический выключатель не получает сигнал блокировки, он срабатывает мгновенно.

Рис. 4.20. Логическая селективность

Логическая селективность может быть реализована даже на выключателях с близкими номинальными токами, но эти выключатели должны иметь специальные электронные расцепители.

При защите от больших токов КЗ используется принцип энергетической селективности (рис. 4.21), при котором сравниваются кривые «энергии» I²t=f(I_КЗ) срабатывания аппарата QF2 и несрабатывания аппарата QF1. При возникновении большого тока КЗ контакты выключателей QF1 и QF2 начинают размыкаться, ограничивая ток. Нижестоящий автоматический выключатель QF2 имеет меньший номинальный ток и более эффективное токоограничение. Он отключает цепь КЗ и ограничивает ток таким образом, что «энергия» будет недостаточна для отключения вышестоящего аппарата QFl.

Каскадное включение («резервная защита») позволяет использовать устройства защиты с отключающей способностью ниже, чем расчетный ток КЗ в точке его установки, при условии, что имеется другое устройство защиты с необходимой отключающей способностью на стороне питания.

Принцип заключается в установке верхнего автоматического выключателя QF1 с целью «оказания помощи» нижнему выключателю QF2 при отключении токов КЗ, которые превышают его предельную наибольшую отключающую способность I_cu

Наглядно отобразить этот принцип можно при помощи кривых «энергии» I²t выключателей (см. рис. 4.21). В процессе токоограничения участвует не только нижестоящий аппарат QF2, но и вышестоящий аппарат QF1. Однако, несмотря на отталкивание контактов отключение аппарата QF1 не происходит, так как кривая «несрабатывания» проходит выше кривой «отталкивания контактов».

Таким образом, одновременно решаются две задачи: во-первых обеспечивается очень эффективное токоограничение, позволяющее значительно улучшить условия термической и динамической стойкости кабельных линий, шин и т.д.; во-вторых, надежно обеспечивается селективность с нижестоящими аппаратами как при токах I_cu,QF1 и I_cu,QF2 больших ожидаемого тока КЗ, так и при использовании «каскадного соединения», когда I_cu,QF2 меньше ожидаемого тока КЗ.

Каскадное соединение позволяет в полной мере использовать преимущества токоограничения, снижая отрицательные воздействия токов КЗ (электромагнитные, электродинамические и тепловые).

Установка одного токоограничивающего выключателя дает возможность значительно упростить нижерасположенную сеть следовательно, снизить ее стоимость за счет использования выключателей с меньшей отключающей способностью по отношению к ожидаемому току КЗ.

Рис. 4.21. Кривые «энергии» выключателей: а – несрабатывание QF1; б – отталкивание контактов QF2

Селективность и каскадное включение могут быть гарантированы только производителем, который указывает результаты испытаний в специальных таблицах.

Интеграл Джоуля, пропускаемый отключающим аппаратом за время КЗ, должен быть меньше допустимого интеграла Джоуля защищаемого оборудования. (Пример: I²t-предохранителя меньше I²t-тиристора).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое автоматический выключатель?

2. Каковы функции расцепителя максимального тока и расцепителя минимального напряжения?

3. Для чего используется механизм свободного расцепления?

4. В чем заключается принцип токоограничения?

5. Как разграничены зоны времятоковых характеристик выключателя?

6. Чем различаются категории применения А и Б автоматических выключателей?

7. Чем различаются предельная наибольшая I_сu и рабочая наибольшая I_cs отключающие способности?

8. Что характеризует наибольший кратковременный допустимый ток I_cw?

9. Как реализовано токоограничение в модульных автоматических выключателях?

10. Чем различаются стандартные типы характеристик модульных автоматических выключателей?

11. Для чего автоматические выключатели в изолированном корпусе оснащаются электронными микропроцессорными расцепителями или блоками контроля и управления?

12. Что характеризует «координация» последовательно расположенных автоматических выключателей при аварийных режимах, например, при КЗ?

13. Что такое селективность защитных коммутационных аппаратов?

14. Какие типы селективности используются в системах координации автоматических выключателей?

15. Что позволяет реализовать каскадное включение («резервная защита»)?

16. Что такое номинальный ток расцепителя? Как он соотносится с номинальным током выключателя?

17. Что такое максимальный расцепитель тока мгновенного действия? Как выбирается кратность уставки тока отсечки к номинальному току расцепителя?

18. Как выбирается уставка тока срабатывания теплового расцепителя выключателя?

19. По каким основным техническим параметрам выбирают автоматические выключатели?

20. Описание схемы лабораторной работы. Порядок снятия экспериментальных точек защитной характеристики.

21. Назначение автоматические воздушных выключателей и область применения изучаемых АВ типа "Электрон", АВМ, А3700, BA50, АЕ-20 в схемах электроснабжения.

22. Основные узлы и блок-схема взаимодействия, различных узлов АВ. Виды и назначение расцепителей.

23. Конструктивное исполнение контактных и дугогасительных систем. Способы гашения электрической дуги.

24. Защитные времятоковые характеристики АВ. Построение характеристик по паспортным данным.

25. Назначение, технические характеристики, конструкция, принцип действия следующих АВ: а) "Электрон"; б) АВМ; в) А3700; г) ВА50; д) АЕ-20.

26. Принципы осуществления выдержки времени при перегрузках и к.з., способы и пределы регулирования времятоковой характеристики АВ: а) "Электрон"; б) АВМ; в) А3700; г) ВА50; д) АЕ-20.

27. Изобразить в рукописном виде схему подключения нереверсивного и реверсивного асинхронного электродвигателя к цеховой сети совместно с принципиальной схемой управления двигателем. Пояснить в каких режимах работы защита осуществляется тепловым реле, в каких - тепловым расцепителем автоматического выключателя, а в каких - электромагнитным расцепителем автоматического выключателя.