Рисунок 3.10. Структурная схема электромагнитного пускателя.

Автоматический выключатель (автомат) служит для нечастых включений и отключений электрических цепей и защиты электроустановок от перегрузки и коротких замыканий, а также недопустимого снижения напряжения. По сравнению с плавкими предохранителями указанный аппарат обеспечивает более эффективную защиту, особенно в трёхфазных цепях, так как в случае, например, короткого замыкания производится отключение всех фаз сети. Предохранители в этом случае, как правило, отключают одну или две фазы, что создаёт неполнофазный режим, который также является аварийным.

Автоматический выключатель (рис. 3.11) состоит из следующих элементов: корпуса, дугогасительных камер, механизма управления, коммутирующего устройства, расцепителей.

Рис .3.11 Автоматический выключатель, серия ВАО4-36 1- основание, 2- камера дугогасительная, 3, 4-пластины искрогасительные, 5-

крышка, 6-пластины. 7-звено, 8-звено, 9-рукоятка, 10-рычаг опорный, 11защелка, 12рейка отключающая, 13пластина термобиметаллическая, 14расцепитель элетромагнитный, проводник гибкий, 16-токопровод, 17контактодержатель, 18-контакты подвижные

Для включения выключателя, находящегося в расцепленном положении (положение «Отключено автоматически»), механизм должен быть взведен путем перемещения рукоятки 9 выключателя в направлении знака «О» до упора. При этом происходит зацепление рычага 10 с защелкой 11, а защелки – с

75

отключающей рейкой 12. Последующее включение осуществляется перемещением рукоятки 9 в направление знака «1» до упора. Провал контактов и контактное сжатие при включении обеспечивается за счет смещения подвижных контактов 18 относительно контактодержателя 17. Автоматическое отключение выключателя происходит при повороте отключающей рейки 12 любым расцепителем независимо от положения рукоятки 9 выключателя. При этом рукоятка занимает промежуточное положение между знаками «О» и «1», указывая, что выключатель отключен автоматически. Дугогасительные камеры 2 установлены в каждом полюсе выключателя и представляют собой деионные решетки, состоящие из ряда стальных пластин 6. Искрогасители, содержащие искрогасительные пластины 3 и 4, закреплены в крышке 5 выключателя перед отверстиями для выхода газов в каждом полюсе выключателя. Если в защищаемой цепи, хотя бы одного полюса ток достигает величины равной или превышающей значение уставки по току, срабатывает соответствующий расцепитель и выключатель отключает защищаемую цепь независимо от того, удерживается ли рукоятка во включенном положении или нет. Электромагнитный максимальный расцепитель тока 14 устанавливается в каждом полюсе выключателя. Расцепитель выполняет функцию мгновенной защиты от короткого замыкания.

Дугогасительные устройства необходимы в аппаратах, коммутирующих большие токи, так как возникающая при разрыве тока электрическая дуга вызывает подгорание контактов. В автоматических выключателях применяются дугогасительные камеры с деионным гашением дуги. При деионном гашении дуги (рис.3.12.) над контактами 1, помещенными внутри дугогасительной камеры 2, располагается решетка из стальных пластин 3. При размыкании контактов образовавшаяся между ними дуга потоком воздуха выдувается вверх, попадает взону металлической решетки и быстро гасится.

.

Рисунок 3.12. Устройство дугогасительной камеры: 1- контакты; 2- корпус дугогасительной камеры; 3 - пластины.

Схема и основные элементы автомата представлены на рис 3.13

76

Электромагнитный расцепитель представляет собой небольшую катушку с обмоткой из медного изолированного провода и сердечником. Обмотка включается в цепь последовательно с контактами, то есть по ней проходит ток нагрузки. В случае возникновения короткого замыкания ток в цепи резко возрастает, в результате создаваемое катушкой магнитное поле вызывает перемещение сердечника (втягивание в катушку или выталкивание из неё). Сердечник при перемещении действует на отключающий механизм, который вызывает размыкание силовых контактов автоматического выключателя.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, изготовленную из двух металлов с различными коэффициентами линейного расширения, жестко соединенных между собой. Пластина не является сплавом металлов, их соединение производится обычно прессованием. Биметаллическая пластина включается в электрическую цепь последовательно с нагрузкой и нагревается электрическим током. В результате нагрева происходит изгибание пластины в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. В случае возникновения перегрузки, то есть при небольшом (в несколько раз) увеличении тока в цепи по сравнению с номинальным, биметаллическая пластина, изгибаясь, вызывает отключение автоматического выключателя. Время срабатывания теплового расцепителя зависит не только от величины тока, но и от температуры окружающей среды, поэтому в ряде конструкций предусмотрена температурная компенсация, которая обеспечивает корректировку времени срабатывания в соответствии с температурой воздуха.

Независимый расцепитель минимального напряжения по конструкции аналогичны электромагнитному и отличаются от него условиями срабатывания. В частности, независимый расцепитель обеспечивает отключение автомата при подаче напряжения на расцепитель независимо от наличия аварийных режимов. Указанные расцепители являются дополнительными и могут отсутствовать в конструкции автомата. Имеются также выключатели без каких-либо расцепителей, в этом случае они называются выключателямиразъединителями.

В настоящее время распространены автоматические выключатели типов АП50Б, АЕ10, АЕ20, АЕ20М, ВА04-36, ВА-47, ВА-51, ВА-201, ВА88 и др.

Автоматические выключатели АП50Б выпускают на номинальные токи до 63А;

АЕ20, АЕ20М – до 160А; ВА-47 и ВА-201 – до 100А, ВА04-36 – до 400 А, ВА88

– до 1600А.

Автоматические выключатели серии АЕ10 имеют следующую структуру маркировки:

АЕ10Х1Х2 – Х3Х4Х5,

где АЕ10 – обозначение серии; Х1 – величина выключателя в зависимости от номинального тока: 2 – 16А; 3 –

25А; 4 – 63А; 5 – 125 А;

Х2 – количество полюсов в комбинации с расцепителями: 1, 2, 3; Х3– вид расцепителя: 1 – комбинированный, 2 – тепловой; Х4Х5 – климатическое исполнение и категория размещения. Пример маркировки: АЕ1031-1УХЛ3.

78

Современные автоматические выключатели типа ВА имеют более простую маркировку, которая включает, как правило, номер серии и величину номинального тока.

Существует также 2 категории применения автоматических выключателей: А – выключатели без специальной выдержки времени при коротком замыкании (не обладающие селективностью по отношению к другим устройствам защиты); В – с установленной кратковременной выдержкой времени срабатывания при коротком замыкании (обладающие селективностью).

Основными направлениями развития автоматических выключателей в настоящее время являются их электронизация, (использование полупроводниковых элементов), и разработка и совершенствование конструкций вакуумных автоматических выключателей. Первое из указанных направлений в основном заключается в применении специальных (полупроводниковых) расцепителей на базе микроэлектроники, что позволяет обеспечивать защиту от большинства возможных аварийных режимов. Кроме того, аппараты с данными расцепителями могут осуществлять измерение токов, напряжений, мощности в цепи, показателей качества электроэнергии, температуры отдельных узлов аппарата и степени износа контактов при помощи соответствующих датчиков. Результаты измерений могут отображаться на жидкокристаллическом дисплее.

Результатом реализации второго направления стало производство вакуумных низковольтных выключателей, например, типа ВВА-1,14 на напряжение до 1,14 кВ и ток 1000 А. По сравнению с аналогичными воздушными выключателями они имеет более высокий срок службы, более надёжны и безопасены.

Тепловое реле предназначено для защиты электродвигателей от перегрузок и обычно встр аивается в электромагнитный пускатель, хотя могут устанавливаться и отдельно (рис 3.14). В настоящее время применяются реле серий ТРН, РТЛ, РТТ, РТИ, РТЛУ. Некоторые типы реле (в частности, РТЛ, РТТ) также обеспечивают защиту от несимметрии токов в фазах и от обрыва фазы. Как правило, определённый тип реле используется с магнитными пускателями соответствующего типа (реле ТРН – с пускателями ПМЕ, реле РТЛ – с ПМЛ, РТТ – с ПМА или ПМ 12 и т. д.).

Рисунок 3.14. Схематическое изображение теплового реле: 1-биметаллическая пластина в рабочем положении; 2- нагревательный элемент; 3-

79

биметаллическая пластина после изгибания; 4- рычаг; 5- подвижный контакт; 6- неподвижный контакт; 7- пружина.

Основной рабочий орган теплового реле — биметаллическая пластина, нагреваемая при помощи нагревательного элемента. При нагреве пластина изгибается и при помощи рычага обеспечивает размыкание контакта реле и отключение питания пускателя. Замыкание контакта производится кнопкой ручного возврата после остывания пластины. Тепловые реле могут иметь 2 или 3 пластины, включаемые в фазы защищаемой сети. Тепловые реле в основном имеют одинаковую конструкцию и различаются нагревателями, размерами корпусов и силовых зажимов. Для всех типов тепловых реле предусматриваются нагреватели с определенными номинальными токами, эксцентриковый регулятор заданного тока несрабатывания и кнопка ручного возврата. Тепловые реле серии РТЛУ могут иметь указатель срабатывания и автоматическое повторное включение.

Рассмотрим структуру маркировки теплового реле РТЛ: РТЛ-Х1Х2Х3Х4Х5Х64С,

где РТЛ – обозначение серии; Х1 – исполнение по номинальному току: 1 – 25А, 2 – 80А;

Х2Х3Х4 – исполнение по току несрабатывания (по таблицам изготовителя); Х5– конструктивное исполнение реле (Д – для установки с пускателями ПМЛ4160ДМ и ПМЛ-4560ДМ, К – для установки с пускателями ПМЛ-3000Д, М – исполнение реле со степенью защиты контактных зажимов IP20, отсутствие буквы – степень защиты контактных зажимов IP00);

Х6 – климатическое исполнение; 4 – категория размещения;

С – буква, обозначающая наличие одного размыкающего контакта; отсутствие буквы – исполнение реле с одним размыкающим и одним замыкающим контактами.

Пример маркировки: РТЛ-100404С.

Помимо рассмотренных, существуют и другие типы защитных устройств. Устройство встроенной температурной защиты (УВТЗ) обеспечивает защиту электродвигателей при следующих аварийных режимах:

-обрыв фазы; -обрыв нулевого провода;

-длительных перегрузках и нарушениях в системе охлаждения;

-заклинивании ротора;

-неправильных процессах пуска и торможения;

-повышении температуры окружающей среды;

-колебаниях напряжения сети в пределах 80…110% от номинального значения;

-обрыве в цепи датчиков температуры;

-коротком замыкании в цепи датчиков температуры.

Конструктивно УВТЗ - 1М выполнено в пластмассовом корпусе. Корпус состоит из основания с контактами и крышки. Схема УВТЗ - 1М собрана на печатной плате.

80

Принцип действия УВТЗ - 1М основан на определении по входному сигналу, поступающему с термодатчика, установленного в обмотках двигателя, аварийной температуры статорных обмоток, обрыва или короткого замыкания в цепи термодатчиков, последующего усиления сигнала и отключения магнитного пускателя, коммутирующего цепь питания электродвигателя.

Фазочувствительное устройство защиты (ФУЗ) предназначено для защиты трехфазных электродвигателей от неполнофазных режимов (обрыва фазы) путём контроля токов в фазах питающей сети. Было разработано несколько модификаций указанного устройства (ФУЗ-М, ФУЗ-У, ФУЗ-И), обеспечивающих дополнительно защиту от перегрузок, перегрева, снижения сопротивления изоляции.

Внастоящее время устройства типа УВТЗ и ФУЗ не выпускаются, однако принципы защиты, реализованные в них, нашли своё отражение в более современных устройствах. Применяемые устройства защиты, как правило, контролируют большое количество параметров и используются для защиты особо ответственных электроустановок.

Вкачестве современных устройств защиты электрооборудования можно упомянуть бесконтактную систему защиты трёхфазных потребителей (БСЗД и модификации), реле защиты электродвигателей РЗ-01, устройство управления электродвигателем УУД-01 и ряд других.

БСЗД осуществляет контроль за величиной тока электродвигателя, не требует технического обслуживания, монтируется на место теплового реле и обеспечивает защиту при следующих аварийных режимах:

-обрыв любого из фазных проводов;

-увеличение тока двигателя сверх настроенного;

-заклинивание ротора электродвигателя;

-асимметрия напряжения фаз сети более 15 %;

-повышение температуры окружающей среды;

-нарушение в системе охлаждения электродвигателя;

-понижение сопротивления изоляции.

Реле защиты электродвигателя РЗ-01 предназначено для защиты трёхфазных электродвигателей, управляемых электромагнитными пускателями и контакторами, а также высоковольтными выключателями, от пусковых перегрузок, токовой перегрузки, тепловой перегрузки, асимметрии фаз (в том числе обрыва фазы), замыкания на землю или холостого хода. Реле запрещает пуск перегретого электродвигателя, обеспечивает световую индикацию срабатывания защиты. С помощью жидкокристаллического дисплея реле обеспечивает индикацию потребляемого двигателем тока и его температуры в режиме реального времени, а также сохранённых в памяти количества пусков, максимального пускового тока, времени пуска и других параметров. Примерно аналогичным реле РЗ-01 по параметрам является устройство УУД-01.

Устройство защитного отключения (УЗО), рис.3.15, предназначено для защиты людей и животных. Оно обеспечивает быстрое автоматическое отключение электроустановки при угрозе возникновения пожара, а также при возникновении условий поражения электрическим током.

Такие условия создаются:

81

-при одноили двухфазном замыкании на корпус или на землю;

-при снижении сопротивления изоляции электрооборудования ниже опасного уровня;

-при прикосновении человека или животного непосредственно к токоведущей части, находящейся под напряжением.

Рисунок 3.15 Функциональная схема УЗО: Д - датчик; П - преобразователь;

ИО - исполнительный орган.

Действующие нормативные документы предписывают обязательную установку УЗО в новых жилых и общественных зданиях, промышленных и сельскохозяйственных объектах и пр.

В общем случае УЗО состоит из датчика, преобразователя и исполнительного органа. В настоящее время промышленностью выпускается ряд типов УЗО: АД-12, АД-14, ВД1-63, УЗО20 - ВАД1, УЗО 22, УЗО-Б, УЗО – Д40 и другие. В частности, УЗО20 - ВАД1 представляет собой двухполюсный автоматический выключатель, управляемый дифференциальным током, с встроенной защитой от сверхтоков. Устройство состоит из конструктивно обособленных, механически соединенных и электрически связанных двухполюсного автоматического выключателя, содержащего независимый расцепитель в одном из полюсов и комбинированный (тепловой и электромагнитный) расцепитель в другом полюсе и модуля защитного отключения. В модуле размещены печатная плата с электронной схемой усиления, питаемой от защищаемой сети; измерительный трансформатор тока, выделяющий дифференциальный (остаточный) ток; кнопка для проверки работоспособности устройства. На задней стороне устройства имеется защелка для крепления на рейке.

При появлении в защищаемой сети тока утечки или тока замыкания на землю, превышающего уставку (заданный ток) срабатывания устройства, сигнал измерительного трансформатора, усиленный электронной схемой модуля, подается на независимый расцепитель выключателя устройства, что приводит к отключаемой сети.

82