В.И. Масорский Автоматические воздушные выключатели

1

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является знакомство с назначением, конструкцией, монтажом и регулировкой автоматических воздушных выключателей, а также испытание отдельных узлов и автоматического выключателя в целом на испытательном стенде.

1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Автоматический воздушный выключатель - это аппарат, предназначенный для нечастых включений и отключений электрической цепи при нормальной нагрузке, а также для автоматического отключения цепи при возникновении ненормальных режимов (перегрузки, короткого замыкания) и исчезновении или снижении напряжения.

Название “воздушный” выключатель получил потому, что электрическая дуга, возникающая между его контактами при отключении цепи, гасится в среде окружающего воздуха.

Все автоматические выключатели по их быстродействию, которое характеризуется собственным временем срабатывания, т.е. временем с момента появления условия для отключения до начала расхождения контактов, разделяют на три группы.

К первой группе относятся автоматы, к которым не предъявляют специальных требований к быстродействию. Автоматы этой группы имеют собственное время срабатывания около 0,02-0,1 с. Более того, в эту группу включают так называемые селективные автоматы, которые имеют реле времени с целью получения значительных выдержек времени.

Ко второй группе относят быстродействующие автоматы, имеющие собственное время срабатывания около 0,005 с. Быстродействующие автоматы обычно применяют для защиты.

Третья группа включает в себя автоматы гашения поля, которые отключают обмотки возбуждения асинхронных генераторов при появлении коротких замыканий в их главной силовой цепи.

Данная лабораторная работа предусматривает знакомство с конструкциями автоматических выключателей первой группы, в которой различают: а) универсальные автоматы; б) установочные автоматы.

2

Универсальными называют включатели, имеющие комбинированную защиту - максимальную по току и минимальную по напряжению.

Автоматы общепромышленного и бытового применения обычно имеют лишь максимально-токовую защиту, отрегулированную на заводе. Для уменьшения возможности соприкосновения персонала с деталями, находящимися под напряжением, эти автоматы закрыты пластмассовыми кожухами и практически не выбрасывают дугу из кожуха. Такие автоматы называются установочными.

Принципиальная схема конструкции универсальных и установочных автоматов в основном одинакова и приведена на рис.1.

Контакты К производят замыкание и размыкание электрической цепи. Они заключены в дугогасительную камеру ДК, предназначенную для быстрого гашения дуги и предотвращения выброса ионизированных газов из дугового промежутка.

Контакты К связаны с приводом П через механизм свободного расцепления МСР, на который могут воздействовать также установленные в автомате различные расцепители: электромагнитный (РЭ), независимый (РН), полупроводниковый (РП) и отключающая катушка (ОК). Благодаря наличию МСР происходит отключение автомата при аварийном режиме независимо от положения рукоятки приводаРасцепители. выполняют роль защитных элементов, реагирующих на отклонение той или иной величины от своего нормального значения. Они представляют собой электромагнитные и термобиметаллические реле, измерительные органы которых включены в электрическую цепь, а исполнительные воздействуют непосредственно на отключение автомата. Таким образом, по общепринятой классификации они являются первичными реле прямого действия.

В автоматах могут быть установлены следующие расцепители: 1) максимального тока, срабатывающие при токе в цепи больше определенной величины (больше тока уставки расцепителя). Они могут быть мгновенного действия и с выдержкой времени, независимой от тока в цепи или зависимой; 2) минимального напряжения, срабаты-

3

вающие при понижении или исчезновении напряжения; 3) обратного тока, которые срабатывают в случае изменения направления тока в цепи; 4) независимые, срабатывающие при замыкании цепи их катушки. Эти расцепители позволяют выполнять дистанционное отключение автомата. Автоматы снабжаются блок-контактами БК.

К автоматическим выключателям предъявляются следующие требования:

1. Токоведущая цепь автомата должна пропускать номинальный ток в течение сколько угодно длительного времени. Режим продолжи- тельного включения автомата является нормальным. С другой стороны, токоведущая система автомата подвергается воздействию больших токов короткого замыкания как при замкнутом положении контактов, так и при включении на существующее короткое эамыкание.

2.Автомат должен обеспечивать многократное отключение предельных токов короткого замыкания, которые могут достигать десятков и даже сотен килоампер, с дальнейшим пропуском номинальных рабочих токов.

3.Для повышения электродинамической и термической стойкости энергоустановок, уменьшения разрушений, вызываемых токами короткого замыкания, автоматы должны иметь малое время отключения.

2.АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ СЕРИИ А 3700

2.1. Технические данные

Серия выключателей А 3700 предназначена для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых (до трёх в час) оперативных включений и отключений электрических цепей и в зависимости от исполнения рассчитаны для эксплуатации в электроустановках с номинальным напряжением 440 В постоянного тока, до 660 В переменного тока частоты 50 и 60 Гц и до 380 В переменного тока частоты 400 Гц.

Технические данные определяются величиной и исполнением выключателя, которые кодируются в условном обозначении со следующей структурой:

5

Таблица 1

2.2. Конструкция и принцип работы

6

Выключатель состоит из следующих основных сборочных узлов: оболочки, коммутирующего устройства (контактной системы), механизма управления, максимальных расцепителей тока, дугогасительных камер, искрогасителя, зажимов для присоединения внешних проводников к главной цепи выключателя и дополнительных сборочных узлов.

0болочка выключателя изготовлена из пластмассы и состоит из корпуса 15 (рис.2), на котором смонтированы детали и сборочные узлы, и крышки 2, закрывающей детали выключателя (кроме зажимов). Крышка крепится к корпусу четырьмя винтами.

Коммутирующее устройство состоит из подвижных 8 и мало-

подвижных 22 контактов с одним контактным промежутком, но с двумя парами параллельных контактов на полюс для выключателей величины 3 и 4 и одной парой для выключателей величины 1 и 2. Главные контакты 8 и 22 (коммутирующие) изготовлены из металлокерамической композиции на основе серебра.

Подвижные контакты 8 припаяны к контактодержателям 7. Контактодержатели отдельных полюсов выключателя укреплены на общей изоляционной траверсе и связаны с механизмом управления. Контактодержатели 7 электрически соединены гибким соединением 17 с максимальными расцепителями и выводами 14 для присоединения внешних проводников со стороны подвижных контактов. Малоподвижные контакты 22 припаяны к малоподвижным контактодержателям 23, которые электрически соединены с неподвижными скобами и имеют вывод 3 для подсоединения внешних проводников со стороны неподвижных контактов. Контактодержатели 23 опираются на пружины 20.

Механизм управления выключателем выполнен по принципу ломающихся рычагов и устроен так, что обеспечивает моментное замыкание и размыкание контактов 8 и 22 при оперировании выключателем, а также моментное размыкание контактов при автоматическом срабатывании, независимо от того, удерживается ли рукоятка 10 выключателя оператором во включенном положении или нет. Кроме того, механизм управления обеспечивает установку рукоятки 10 в прорези крышки - выключателя в положениях, по которым можно определить коммутационные положения выключателя. Во включенном положении выключателя рукоятка 10 устанавливается в крайнем верхнем положении I (ВКЛ), в отключенном вручную - в крайнем

7

нижнем положении 0 (0ТКЛ) и в отключенном автоматически - в промежуточном положении.

Дугогасительные камеры с деионной решеткой расположены над контактами каждого полюса выключателя и представляют собой набор укрепленных в изоляционной оправе 5 стальных пластин 6, с помощью которых происходит разделение дуги на ряд последовательно соединенных коротких дуг. Дугогасительные камеры устанавливаются в корпусе 15 и удерживаются крышкой 2.

Искрогаситель (пламегаситель) 4 выполнен в самостоятельном пластмассовом корпусе и является съемным блоком, который крепится к крышке 2 выключателя двумя винтами. Искрогаситель предназначен для гашения пламени дуги, возникшей при отключении выключателем тока короткого замыкания.

Максимальные электромагнитные расцепители тока (РЭ) уста-

навливаются в каждом полюсе выключателя и представляют собой электромагнит, состоящий из сердечника I (рис.3), якоря 2, удерживающей пружины 3, спусковой скобы 4 и токовой катушки одного витка в виде транзитной шины 5. Уставка по току срабатывания расцепителя электромагнитного регулируется на заводе-изготовителе.

При возникновении в защищаемой цепи тока КЗ, превышающего уставку по току срабатывания расцепителя, якорь 2, притягиваясь к сердечнику I, воздействует на рейку II (рис.2) механизма управления, вызывая отключение выключателя без специально предусмотренной выдержки времени.

Защита от перегрузки по току монтируется по одному из двух вариантов: на расцепителях полупроводниковых и биметаллических.

Расцепитель полупроводниковый состоит из измерительных элементов 12 (рис.2), встраиваемых в каждый полюс выключателя, блока управления 13, и независимого расцепителя 18. В качестве измерительных элементов 12 у выключателей переменного тока применены трансформаторы тока, а у выключателей постоянного тока - магнитные усилители.

Блок управления 13 представляет собой самостоятельный сменный блок, имеющий свою пластмассовую оболочку, в которой размещены все его элементы. На лицевой стороне блока управления расцепителя полупроводникового расположены съемные прозрачные крышки, под которыми находятся ручки для регулирования парамет-

8

ров расцепителя и гнезда для проверки работоспособности устройства.

Питание блока управления 13 расцепителя выключателей переменного тока осуществляется от трансформаторов тока, а выключателей постоянного тока - через блок гасящих резисторов, который встраивается в свободном полюсе корпуса выключателя. Блок управления 13 крепится к корпусу выключателя двумя винтами.

Рис.2. Установочный автоматический выключатель А 3700

При возникновении в защищаемой цепи тока, превышающего уставку по току срабатывания в зоне токов перегрузок, расцепитель полупроводниковый с обратно зависимой от тока выдержкой времени выдает сигнал на срабатывание расцепителя независимого. Уставка по времени срабатывания при токе перегрузок 5Iном постоянного и 6Iном переменного тока устанавливается регулировочной ручкой.

Защита от перегрузки по второму варианту состоит из нагревательного элемента, двух биметаллических пластин, соединительного

9

рычага биметаллических пластин, приводного рычага и толкателя. Нагревательный элемент и биметаллические пластины представляют собой разомкнутые кольца, включенные в силовую цепь и соединенные между собой параллельно. Биметаллические пластины расположены выше и ниже нагревательного элемента и развернуты пассивными слоями внутрь. Такое соединение повышает чувствительность защиты.

Расцепитель независимый 18 (рис.2) предназначен для оперативного дистанционного отключения автомата либо его аварийного отключения блоками ПМ3, реле утечки выключателя АВ-200 (АВ320) и представляет собой электромагнит с шунтовой катушкой I (рис.4), якорем 2 и скобой 3. Расцепитель кинематически связан с механизмом управления и обеспечивает отключение выключателя как при подаче на его катушку напряжения от постороннего источника, так и при подаче сигнала на срабатывание от расцепителя полупроводникового.

притянут к сердечнику. При исчезновении напряжения на катушке якорь I под действием пружины 3 через толкатель 2 проворачивает отключающую рейку II (рис.2) привода автоматического выключателя.

Вспомогательные контакты 20 (рис.2), встраиваемые в выклю-

чатель, состоят из двух блоков, каждый из которых имеет свой изоля-