Автоматические выключатели. Выбор, расчет автоматического выключателя.

Автоматические выключатели

Назначение

Автоматические выключатели (выключатели, автоматы) являются коммутационными электрическими аппаратами, предназначенными для:

- проведения тока цепи в нормальных режимах;

- автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов (токов короткого замыкания, токов перегрузки, снижения или исчезновения напряжения, изменения направления тока, возникновения магнитного поля мощных генераторов в аварийных условиях и др.)

- нечастой коммутации номинальных токов (6–30 раз в сутки). Благодаря простоте, удобству, безопасности обслуживания и надежности защиты от токов короткого замыкания эти аппараты широко применяются в электрических установках малой и большой мощности.

Примечание. Автоматические выключатели относятся к коммутационным аппаратам ручного управления, однако многие типы имеют электромагнитный или электродвигательный привод, что дает возможность управлять ими на расстоянии.

Выключаются автоматы обычно вручную (приводом или дистанционно), а при нарушении нормального режима эксплуатации (появление сверхтоков или снижение напряжения) — автоматически. Каждый автомат снабжается расцепителем максимального, а в некоторых типах расцепителем минимального напряжения.

Выключатель состоит из:

- расцепителей максимального тока;

- корпуса; контактной системы;

- выводных зажимов;

- дугогасительного устройства;

- механизма свободного расцепления;

- крышки;

- рукоятки;

- регулятора тока несрабатывания теплового расцепителя;

- дополнительных расцепителей и других вспомогательных узлов.

Независимый расцепитель устанавливается вместо теплового или электромагнитного расцепителя.

Контактная система состоит из подвижных и неподвижных контактов, обеспечивает одинарный разрыв цепи в каждой фазе.

Дугогасительное устройство представляет собой камеру с деионной решеткой, состоящей из стальных дугогасительных пластин.

Коммутационное положение выключателя указано знаками: «1» — включенное, «0» — отключенное.

В качестве указателя коммутационного положения используется рукоятка управления. Узел регулировки тока несрабатывания теплового расцепителя представляет собой термоэлемент с термобиметаллом температурной компенсации и регулировочное устройство.

Регулировочное устройство состоит из системы рычагов и регулировочного винта.

Термины и определения

Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя предназначен для защиты цепей от тока короткого замыкания, представляет собой электромагнит, который при определенном токе мгновенно притягивает якорь, в результате чего происходит отключение автоматического выключателя. Многие современные выключатели имеют полупроводниковый расцепитель, который выполняет функции электромагнитного расцепителя.

Тепловой расцепитель автоматического выключателя — тепловое реле, реагирующее на количество тепла, выделяемое в его нагревательном элементе и защищающее цепи от перегрузки.

Комбинированный расцепитель — расцепитель, осуществляющий защиту от перегрузки и коротких замыканий, представляет собой комбинацию из двух расцепителей: теплового и электромагнитного.

Расцепитель минимального напряжения — электромагнит, срабатывающий при исчезновении напряжения, или при снижении его до уставки срабатывания расцепителя.

Независимый расцепитель — электромагнит, срабатывающий и отключающий автоматический выключатель при подаче импульса от ключа или кнопки управления.

Нерегулируемый автоматический выключатель — автоматический выключатель, у которого отсутствует возможность регулирования уставки расцепителя в процессе эксплуатации. Расцепитель автоматического выключателя отрегулирован заводом-изготовителем в расчете на определенный номинальный ток.

Регулируемый автоматический выключатель — аппарат, у которого имеется возможность воздействуя на механическую систему или специальное устройство, отрегулировать время срабатывания расцепителя.

Селективный автоматический выключатель — аппарат, срабатывающий с выдержкой времени и позволяющий осуществлять селективную защиту сетей путем установки автоматических выключателей с разной выдержкой времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.

Параметры автоматических выключателей

Номинальный ток — ток, прохождение которого допустимо в течении неограниченного времени.

Номинальное напряжение — напряжение, при котором может применяться выключатель данного типа.

Предельно отключаемый ток — ток, который может быть отключен автоматическим выключателем без каких-либо его повреждений.

Номинальный ток расцепителя — ток, прохождение которого в течении неограниченного времени не вызывает срабатывания расцепителя.

Ток уставки расцепителя — наименьший ток, при прохождении которого расцепитель срабатывает.

Уставка тока — настройка автоматического выключателя на заданный ток срабатывания.

Отсечка тока — уставка тока электромагнитного расцепителя на мгновенное срабатывание.

Принцип действия

Операция включения и отключения выключателей осуществляется перемещением рукоятки соответственно в положение «1» и в положение «0». При токах перегрузки или короткого замыкания, превышающих уставку по току срабатывания, контактная система автоматически отключается.

Отключение выключателей под действием расцепителей происходит независимо от того, удерживается или нет рукоятка вручную во включенном положении. Механизм свободного расцепления обеспечивает мгновенное замыкание и размыкание контактной системы при автоматическом и ручном управлении.

Включение выключателя после автоматического срабатывания производится перемещением рукоятки в положение «0», при этом осуществляется взвод, а затем поворотом в положение «1» — включение.

Защитные характеристики автоматических выключателей

Согласно ГОСТ Р 50345-99, автоматические выключатели делятся на следующие типы по току мгновенного расцепления:

B: от 3·I_n до 5·I_n (где I_n — номинальный ток);

C: от 5·I_n до 10·I_n;

D: от 10·I_n до 20·I_n.

Рис. 26. Диаграммы отключения автоматических выключателей разных типов (закрашена область токов мгновенного расцепления)

У европейских производителей классификация может несколько отличаться. В частности, имеется дополнительный тип A (от 2·I_n до 3·I_n). У отдельных производителей существуют дополнительные кривые отключения. Например, у АВВ имеются автоматические выключатели с кривыми K и Z.

Автоматический выключатель аБ25

Однополюсные установочные автоматические выключатели марки АБ25 предназначены для автоматического отключения электрических цепей или отдельных приемников при перегрузках и коротких замыканиях.

Устройство. В пластмассовом корпусе (рис. 27) неподвижно закреплена металлическая скоба с контактом и винтовым зажимом для подключения провода. Подвижный контакт смонтирован на латунном рычаге, который в центре отжимается пружиной, а концом упирается в биметаллическую пластинку. Эта пластинка приварена к выводу с закрепленным на ней винтовым зажимом для подключения второго провода. Для создания надежного контакта биметаллическая пластинка и рычаг соединены гибким медным проводником.

Рис. 27. Устройство автоматического выключателя АБ-25

При включении автомата рукоятку устанавливают в верхнее положение и ее выступ освобождает рычаг, который под действием пружины поворачивается и замыкает контакты.

Отключение. Когда происходит короткое замыкание или перегрузка, автомат отключается следующим образом. Ток нагревает биметаллическую пластинку и она, отгибаясь книзу, высвобождает конец рычага, который под действием пружины поворачивается и размыкает контакты.

Возникающая между контактами искра гасится в дугогасительной камере.

Повторное включение. При автоматическом отключении АБ25 рукоятка остается в положении «включено», поэтому для повторного включения автомата необходимо сначала опустить ее в положение «отключено», а затем снова перевести в верхнее положение.

В связи с такой конструкцией привода автомат снабжен указателем срабатывания (пластмассовый стерженек с пружинкой). При включенном автомате, а также при выключении вручную указатель утоплен в корпусе. При автоматическом отключении концом рычага он выталкивается из гнезда и становится хорошо заметным.

Выбор автоматических выключателей

Выбор автоматических выключателей производится по номинальным напряжению и току с соблюдением следующих условий:

Uном.а. ≥ Uном.с.; Iном. а ≥ Iдлит;

где U_ном.а. — номинальное напряжение автоматического выключателя; U_ном.с. —номинальное напряжение сети; I_ном.а.— номинальный ток автоматического выключателя; I_длит — длительный расчетный ток цепи.

Кроме того, должны быть правильно выбраны: номинальный ток расцепителей I_{ном.расц.}; ток уставки электромагнитного расцепительного элемента комбинированного расцепителя I_{уст.эл.магн.}; номинальный ток уставки теплового расцепителя или теплового элемента комбинированного расцепителя — I_{ном.уст.тепл.}.

Номинальные токи электромагнитного, теплового или комбинированного расцепителя должны быть не меньше номинального тока двигателя:

Iном.расц. ≥ Iном. дв.

Ток уставки электромагнитного расцепителя (отсечки) или электромагнитного элемента комбинированного расцепителя с учетом неточности срабатывания расцепителя и отклонений действительного пускового тока от католожных данных выбирается из условия:

Iуст.эл.магн. ≥ 1,25Iпуск.;

где I_пуск. — пусковой ток двигателя.

Для группы двигателей:

, где — сумма номинальных токов одновременно работающих двигателей и других элементов создающих ток в цепи, защищена выключателем, до момента пуска двигателя (группы двигателей), дающего наибольший прирост пускового тока; I_пуск — пусковой ток двигателя (или группы двигателей, пускаемых одновременно), дающего наибольший прирост пускового тока.

Номинальный ток уставки теплового расцепителя или теплового элемента комбинированного расцепителя:

Iном.уст.тепл. ≥ Iном. дв.

Так же выбираются уставки расцепителей автоматических выключателей и для защиты цепей других электроприемников системы электропитания, например, цепей контрольно-измерительных приборов и др. Разумеется, если в этом возникает необходимость, так как в большинстве случаев для защиты приборов и других подобных электроприемников малой мощности по соображениям чувствительности оказывается необходимым применять плавкие предохранители.

Надо учитывать, что если автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем устанавливается в цепях электроприемников, при включении которых не возникают броски пускового тока, то надобности в отстройке от этих бросков нет. Ток уставки электромагнитного расцепителя в этом случае должен выбираться минимально возможным.

Эксплуатация аппаратов защиты

Автоматические выключатели осматривают не реже 1 раза в год или через каждые 2000 включений, а также после каждого автоматического отключения. Нагар и копоть с внутренней стороны выключателя удаляют смоченной ацетоном салфеткой.

При осмотре проверяют затяжку винтов, целость пружин, состояние контактов, смазывают шарниры. Обращают внимание также на исправность защитных кожухов, в которых находятся пусковые аппараты. При нарушении уплотнения в аппарат могут попасть пыль и грязь, которые увеличивают сопротивление контактных поверхностей и вызывают их нагрев и коррозию, а такие ухудшают состояние изоляции, что приводит к ее старению, пробою, а, следовательно, к аварии.

Периодически проверяют правильность срабатывания реле и отключения автоматов от действия тепловых или электромагнитных расцепителей. Предохранители требуют постоянного наблюдения, замены перегоревших плавких вставок и своевременного ремонта. От их исправности, правильного подбора вставки зависит надежная и безопасная работа электроустановок. Применять следует только калиброванные плавкие вставки. Использование случайных проволок для вставки может привести к авариям и пожарам. Для ускорения подбора и замены перегоревшей вставки на каждом предохранителе должна быть обозначена четкая цифра величины силы номинального тока. При техническом обслуживании электрических аппаратов очень часто проводится мелкий ремонт.