Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Читинский Государственный Университет

Энергетический институт

Кафедра электроснабжения

Основы теории электрических аппаратов низкого напряжения Лабораторная работа №3

«АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ»

Чита 2007

Содержание

Автоматические выключатели. 4

1. Общие сведения об автоматических выключателях. 4

2. Порядок проведения работы. 12

3. Контрольные вопросы. 13

4. Cписок литературы. 14

Автоматические выключатели.

Цель работы: ознакомиться с назначением, конструкцией, принципом действия автоматических выключателей.

1. Общие сведения об автоматических выключателях.

В оздушный автоматический выключатель - это аппарат, предназначенный для нечастых включений и отключений электрической цепи при нормальной нагрузке, а также для автоматического отключения цепи при возникновении перегрузки, короткого замыкания, исчезновения или снижения напряжения. Автоматические выключатели выполняют одновременно функ­ции зашиты и управления.

Рисунок 1 Условная конструктивная схема универ­сального выключателя в упрощенном изображении

Различают несколько разновидностей выключателей: универсальные (работают на постоянном и переменном токе), установочные (предназначаются для установки в общедоступных помещениях), быстродействующие постоянного тока, гашения магнитного поля мощных генераторов и др. Выключатели состоят из следующих основных элементов: главной контактной системы, дугогасительной системы, привода, расцепляющего устройства, расцепителей и вспомогательных контактов.

На рис. 1 приведена упрощенная схема универсального выключателя. В указанном положении выключатель отключен и электрическая цепь подсое­диненная к выводам А и Б, разомкнута

Для включения выключателя надо вращать по часовой стрелке рукоятку 2. Создается усилие, которое, перемещая рычаги 3 и 4 вправо, поворачивает основную несущую деталь 6 выключателя вокруг неподвижной оси О по часовой стрелке. При этом замыкаются главные контакты 7 и 9, и взводится от­ключающая пружина 5. После включения вся система остается в крайнем правом положении, зафиксированном специальной защелкой (на рис. 1 не показана).

Когда на катушке 1 электромагнитного расцепителя проходит ток короткого замыкания (К.З.), на его якоре создается электромагнитная сила, переводящая рычаги 3 и 4 за мертвую точку, в результате чего выключатель отключа­ется автоматически пружиной 5. При этом контакты 7 и 9 размыкаются, и возникающая на них дуга выдувается в дугогасительную камеру 8 и гасится в ней.

Система шарнирно связанных рычагов 3 и 4 выполняет функцию расцепляющего устройства, которое в реальных выключателях имеет более сложное устройство.

Расцепляющее устройство позволяет выключателю отключаться в любой момент времени, в том числе и в процессе включения на существующее в электрической цепи короткое замыкание. Если рычаги 3 и 4 переведены вверх за мертвую точку, то жесткая связь между приводной рукояткой 2 и подвиж­ной деталью 6 нарушается и выключатель не включается. Мертвая точка со­ответствует такому положению рычагов 3 и 4 когда прямые линии О₁О₂ и О₂О₃ соединяющие оси вращения рычагов, находятся на одной линии. Система рычагов расцепляющего устройства строится так, что их расцепления требуются незначительные усилия.

Расцепители в выключателе выполняют защитные функции и являются измерительными органами. Они контролируют заданный параметр защищаемой пели и, воздействуя на механизм расцепления, отключают выключатель при отклонении значения параметра от установленного. В зависимости от выполняемых функций защиты расцепители бывают:

1. токовые максимальные мгновенного или замедленного действия;

2. расцепители напряжения: минимальные - для отключения выключателя при снижении напряжения ниже определенного уровня; независимые - для дистанционного отключения выключателя, срабатывающие при подаче на них соответствующего напряжения;

3. тепловые - работают в зависимости от силы тока и времени его прохож­дения, применяются обычно для зашиты от перегрузок;

4. комбинированные - срабатывают при сочетании ряда факторов;

5. полупроводниковые.

В настоящее время широко применяются полупроводниковые расцепители. Они имеют улучшенные эксплуатационные характеристики: широкие диапазоны регулирования токов и времени срабатывания, что позволяет унифицировать изделия и выпускать меньшую их номенклатуру, не имеют большого количества подвижных элементов. В измерительных органах таких расцепителей применяются трансформаторы тока, а одним из основных элементов является элемент выдержки времени. Автоматические выключатели характеризуются номинальным напряжением (максимальным напряжением сети, при котором еще допускается применять выключатель) и номинальным током (максимальный ток, который выдерживает выключатель длительное время).

Автоматические выключатели с непосредственным ручным управлением предназначены для оперативного включения и отключения электрических цепей с частотой до 30 включений в час, для зашиты этих цепей от перегрузок и токов КЗ., для защиты, пуска и останова асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Выключатели применяются во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства; они рассчитаны для установки в электрических цепях переменного тока частотой 50 или 60 Гц, напряжением до 660 В. Номинальный ток выключателей 10, 25, 63 и 100 А Они выпускаются с электромагнитными и тепловыми расцепителями. Электромагнитный расцепитель представляет собой электромагнит, воздействующий на расцепляющее устройство выключателя при токах К.З. Если ток в его катушке превышает определенное, заранее установленное значение, то электромагнитный расцепитель срабатывает практически мгновенно.

Действие тепловых расцепителей основано на использовании нагрева биметаллической пластины. Они осуществляют защиту электрической цепи от токов перегрузки. Тепловые расцепители имеют обратно зависимую от тока характеристику, т.е. время срабатывания уменьшается с увеличением тока. На рис. 2 приведена конструкция выключателя. Основными элементами выклю­чателя являются: корпус 2, контактная система 3, выводные зажимы, дугогасительное устройство 5, механизм управления 6, крышка 7, рукоятка 8, Расцепители максимального тока 1, 9; механизм регулировки номинального тока тепловых расцепителей 10, дополнительный расцепитель и другие вспомога­тельные детали.

На рис. 3 показан автоматический выключатель серии А3100. Контактная система выключателей может быть одно-, двух- и трехполюсной. В выключателях возможно наличие блокировочных контактов, рассчитанных на малый ток. Здесь 1 - основание; 2 - крышка; 3 и 4- неподвижные и подвижные контакты;

Рисунок 4 Схема механизма свободного расцепления

Механизм свободного расцепления (рис. 4) обеспечивает включение и моментное отключение контактов, а также исключает удержание контактов рукой в момент включения, если в цепи имеется короткое замыкание или другой аварийный режим. Механизм свободного расцепления состоит из системы ломающихся рычагов 5, соединенных шарнирно, пружины 3, упора 4, рычага 1, рукоятки управления 6 и других деталей. В верхнем положении рукоятки управления 6 автомат включен (рис. 4,а), пружина 3 натянута, контакты 2 замкнуты. В случае короткого замыкания ток проходит по катушке электромагнитного расцепителя 7, создает магнитное поле, и якорь 8 вытягивается (рис. 4,б). Шток 9 толкает ломающиеся рычаги 5, под воздействием пружины они складываются, передают движение на контакты 2, которые размыкаются. Для того чтобы включить автомат, необходимо отвести рукоятку вниз и выпрямить рычаги 5 (рис. 4,в). Упор 4 не дает возможности сложиться этим рычагам. Вращая рукоятку вверх, поворачиваем рычаг 1, натягиваем пружину и замыкаем контакты

На рис. 5,а показана кинематическая схема расцепителя максимального тока. При прохождении тока I_н больше допустимого значения якорь 6 пере­мещается вниз, освобождая защелку 5, под действием пружины 7 подвижный контакт 2 поворачивается и разрывает цепь. Рычаг 4 схематически изображает механизм свободного расцепления. С его помощью восстанавливается зацеп­ление в защелке, и замыкаются контакты. Натяжение пружины 3 определяет ток срабатывания расцепителя. В расцепителе минимального напряжения (рис. 5,б) защелка удерживается в зацепленном состоянии полем катушки. При снижении напряжения сети U_с, сила притяжения ослабевает, под дейст­вием пружины 3 защелка освобождается и контакты размыкаются. В расцепителе максимального напряжения (рис. 5,в) катушка включена параллельно в сеть, но срабатывает при повышении напряжения выше допустимого значе­ния.

Рисунок 5 Схемы действия расцепителей

а - максимального тока

б - минимального напряжения

в - максимального напряжения

Для защиты от небольших перегрузок электромагнитный расцепитель непригоден, так как обладает малой чувствительностью. С. этой целью применяют тепловые расцепители. Они более чувствительны, но обладают значительной тепловой инерцией, поэтому не используются для зашиты от корот­ких замыканий. Принцип действия теплового расцепителя аналогичен прин­ципу действия теплового реле. Биметаллическая пластинка, изгибаясь, пере­даст движение на ломающиеся рычаги. Далее работа механизма повторяется, так, как было описано выше.

Автомат включается с помощью привода (ручного в виде рычага или кнопки, соленоидного, моторного), а отключается всегда под действием пружины Ток проходит через автомат к такой последовательности: через вводные зажимы, контакты, тепловой расцепитель, катушку электромагнитного расцепителя, выводные зажимы.

При размыкании контактов, особенно в случае короткого замыкания, появяется большая дуга. Для борьбы с ней применяют дугогасительную решетку. Кроме то­го, делают изоляционные рёбра, образующие перегородки между контактами. Тем самым исключаются межфазовые замыкания дугой в момент выключения автомата.

Автоматы характеризуются собственным временем срабатывания, т.е. временем от момента превышения контролируемого параметра (например, тока) до момента размыкания контактов. Если же учитывать еще и время го­рения дуги, то получим полное время срабатывания. По величине собствен­ного времени срабатывания автоматы делят на три группы:

1. нормальные (t_ср = 0,02 ÷ 0,1 с);

2. селективные (t_ср > 1 с);

3. быстродействующие (t_ср < 0,05 с).

Автоматы, так же как и предохранители, должны осуществлять селек­тивную защиту. Это достигается подбором автоматов не только по номиналь­ному току, но и по времени срабатывания. Чем дальше стоит автомат от по­требителя, тем больше его номинальный ток и больше полное время срабаты­вания. Промышленные автоматы серии А3700 снабжаются полупроводнико­вой селективной приставкой, позволяющей регулировать время срабатывания от 0,4 до 800 с. В жилых зданиях чаще применяют автоматы А3114/1, A3161, АЕ1031.