Sv1ca-4.ru

Строй журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип работы воздушного автоматического выключателя

Воздушные выключатели: определение аппаратуры, принцип функционирования, нормативные требования к эксплуатации

В качестве воздушного выключателя рассматривается специально разработанный коммутационный аппарат, применяемый исключительно в высоковольтных электрических цепях – как правило, свыше 35 кB. Отдельный механизм в составе коммутатора позволяет быстро гасить дугу и перемещать контактную силовую группу. Это делается при помощи сильного потока сжатого воздуха, который нагнетается этим компонентом. Конструкция выключателя соответствует ГОСТу P52565 – 2006.

Принцип функционирования воздушных выключателей в зависимости от их конструкции

Воздушные выключатели работают по принципу гашения электрической дуги. Она появляется, если происходит разрыв нагрузки. Сжатый воздух может подаваться продольно или поперечно. С целью облегчить гашение сверхбольших дуг в некоторых случаях дугогасящие контакты дополняются шунтирующим сопротивлением.

Для высоковольтных автоматических выключателей принцип срабатывания при помощи сжатого воздуха отличается в зависимости от конструктивных особенностей каждого отдельного устройства. В частности, это касается наличия или отсутствия отделителя.

Аппараты, в оснащение которых входят отделители, соединение силовых контактов обеспечивается при помощи специальных поршней, при этом включение отделителя к дугогасительным контактам происходит последовательно. Так, образуется один полюс автовыключателя. Когда подается отключающий сигнал, пневмомеханический клапан срабатывает, открывая пневматический привод. Сжатый воздух моментально активирует контакты дугогашения, после чего происходит отключение самого разделителя, который, в свою очередь, разрывает и остаточный ток.

После того, как подача воздуха прекращается, дугогасительные контакты возвращаются в исходное положение, при этом цепь разрывается лишь в месте установки разомкнутого выключателя. Учитывая этот факт, для безопасного выполнения работ на электрооборудовании важно размыкать разъединители.

Зачастую для электрических цепей менее 35 кB используются конструкции с открытым типом отделителей. При более высоких значениях напряжения изготовление отделителей производится в виде специальных камер, наполненных воздухом.

При отсутствии отделителя в воздушном высоковольтном выключателе роль гашения дуги и разрыва цепи выполняют те же дугогасящие контакты. Они могут иметь как одну, так и две ступени функционирования, а их привод, как правило, отделен от то среды, где гасится дуга.

Как классифицируются устройства – основные параметры и специфика применения

Все типы высоковольтных воздушных выключателей отличаются по конструкции и по назначению. Конструкция этих устройств может включать отделитель или быть без него. Назначение же бывает разное:

  • Сетевые выключатели – предназначены для использования в цепях с переменным током и напряжением свыше 6000 Вольт, обеспечивают включение/отключение потребителей в привычном рабочем режиме (неаварийном). Также позволяют проводить отключение в случае возникновения коротких замыканий.
  • Генераторные выключатели – используются для сетей, рабочее напряжение которых варьирует в диапазоне 6000-24 000 Вольт, с целью обеспечения подключения к этим цепям генераторных установок. Таким установкам не страшны режимы коротких замыканий или пусковые токи. Величина рабочего напряжения может колебаться от 6 до 220 кB, а коммутация в нормальном режиме возможна даже в случае аварий.
  • Выключатели со специальным назначением. Как правило, такие устройства выпускаются сериями или под заказ – в последнем случае учитываются местные эксплуатационные условия.

Специфика применения дистанционных выключателей. Преимущества и недостатки

К основным преимуществам воздушных выключателей относятся:

  • большой опыт их использования и ремонтопригодность,
  • обеспечение работы как в горизонтальном, так и в вертикальном положении,
  • низкий уровень пожароопасности,
  • долговечность в использовании и эксплуатации.

Среди недостатков указываются:

  • Необходимость дополнительной установки пневматической аппаратуры;
  • Большие габариты;
  • Подверженность влиянию влаги и пыльной среды;
  • Повышенный уровень шума.

Чтобы минимизировать эти недостатки, к воздушным системам отключения добавляются дополнительные средства и оборудование.

Технические требования, нормативные документы

В спектр основных требований, предъявляемых к воздушным выключателям высоковольтных электросетей, включены следующие:

  • Высокая степень надежности в функционировании, безопасность для людей и имущества;
  • Быстрое время срабатывания – отключение в случае возникновения аварийных ситуаций на линии должно проводиться моментально;
  • Удобство в эксплуатации и во время периодичного технического обслуживания;
  • Простота в проведении монтажных работ;
  • Отсутствие шумов во время работы;
  • Доступность по стоимости – проектирования, установки и обслуживания.

Воздушные выключатели, которые применяются в современных сетях, по большому счету отвечают вышеперечисленным требованиям. Все же, конструкторам еще есть над чем работать для обеспечения полного соответствия заявленных характеристик специализированного оборудования выдвинутым требованиям на нормативном уровне.

Электрическая прочность изоляции

Согласно этому критерию, воздушные выключатели должны соответствовать требованиям ГОСТов 1516.3, 9920 и техническим условиям, указанным в документах по эксплуатации.

Нагрев

Требования к допустимым значениям нагрева воздушных выключателей указаны в ГОСТе 8024. В частности, в документе содержатся условия эксплуатации главных цепей, электромагнитных обмоток минимальных и максимальных расцепителей, контактов, зажимов и иных компонентов, которые относятся к вспомогательной цепи.

Механическая работоспособность

Нужные характеристики функционирования механизмов воздушных выключателей, как и допустимые значения отклонений, указываются в ТУ и документах по их эксплуатации.

Стойкость механизмов при воздействии сквозного тока КЗ

В рабочем режиме воздушные выключатели должны выдерживать большие нагрузки без каких-либо повреждений, а также термическое и электродинамическое воздействия сквозного тока КЗ, согласно установленным нормированным значениям.

Коммутационная способность при возникновении короткого замыкания

Должна соответствовать условиям и характеристикам, указанным в ТУ, а также в соответствующих подразделах нормативной документации.

Электро лаборатория: измерения, испытания, протоколы, цены на услуги.

Читать еще:  Схема реверсивного магнитного пускателя с концевыми выключателями

Первая цель обычно достигается за счет того, что дуга контактирует с максимально возможной площадью изоляционного материала. Каждый воздушный выключатель оснащен камерой, окружающей контакт. Эта камера называется «дуговым желобом». Дуга приводится в нее. Если внутренняя часть дугового желоба имеет подходящую форму, и если дуга может быть выполнена в соответствии с формой, стена дугового желоба поможет добиться охлаждения. Этот тип дугогасительных должен быть сделан из какого-то из огнеупорного материала. Высокотемпературные пластмассы, армированные стекловолокном и керамикой, являются предпочтительными материалами для изготовления дугового желоба.

Вторая цель, которая удлиняет путь дуги, достигается одновременно с прицелом. Если внутренние стенки дугового желоба сформированы таким образом, что дуга не только принудительно приближается к ней, но также приводится в змеевидный канал, проецируемый на стенку дугового желоба. Удлинение дуговой дорожки увеличивает сопротивление дуги.
Третий способ достигается за счет использования металлического дугового разреза внутри дугового желоба. Главный дуговый желоб разделяется на числа небольших отсеков с использованием металлических разделительных пластин. Эти металлические разделительные пластины на самом деле являются дуговыми разветвителями, и каждый из небольших отсеков ведет себя как отдельный мини-дуговый желоб. В этой системе начальная дуга разбивается на ряд последовательных дуг, каждый из которых будет иметь свой собственный мини-дуговый желоб. Таким образом, каждая из расщепленных дуг имеет свой собственный эффект охлаждения и удлинения из-за своего собственного мини-дугового желоба, и, следовательно, индивидуальное напряжение на раздельной дуге становится высоким. В совокупности они создают общее напряжение дуги, намного превышающее напряжение в системе.

Это был принцип работы воздушного выключателя, теперь мы подробно обсудим работу ACB на практике.
Воздушный автоматический выключатель, работающий на уровне напряжения 1 кВ, не требует никакого устройства управления дугой. В основном для тяжелых токов короткого замыкания при низком напряжении (уровень низкого напряжения выше 1 кВ) ABC с соответствующим устройством управления дугой являются хорошим выбором. Обычно эти выключатели имеют две пары контактов. Основная пара контактов переносит ток при нормальной нагрузке, и эти контакты выполнены из меди. Дополнительная пара представляет собой дугогасительный контакт и выполнена из углерода. Когда выключатель разомкнут, основные контакты открываются первым, а при открытии основных контактов дугогасительные контакты все еще находятся в контакте друг с другом. По мере прохождения тока параллельный низкий резистивный путь через дугогасящий контакт при открытии основных контактов в главном контакте не будет никакой дуги. Акустика начинается только тогда, когда, наконец, разъединены дуговые контакты. Каждый из дуговых контактов оснащен дугогасителем, который помогает, дуговый разряд двигаться вверх из-за как тепловых, так и электромагнитных эффектов, как показано на рисунке. По мере того, как дуга движется вверх, она входит в дуговый желоб, состоящий из разветвителей. Дуга в лотке станет холоднее, удлиниться и разбить, поэтому напряжение дуги становится намного больше, чем напряжение системы во время работы воздушного выключателя, и поэтому дуга окончательно гаснет во время нулевого тока.

Хотя эти типы автоматических выключателей стали устаревшими для применения со средним напряжением, но они по-прежнему предпочтительны для высокой номинальной мощности при низком напряжении.

Как работает автоматический выключатель?

В режиме штатной работы через автомат протекает ток, меньший или равный номинальному значению. Питающее напряжение от внешней сети подается на верхнюю клемму, соединенную с неподвижным контактом. С неподвижного контакта ток поступает на замкнутый с ним подвижный контакт, а от него, через гибкий медный проводник – на катушку соленоида. После соленоида ток подается на тепловой расцепитель и уже после него – на нижнюю клемму, с подключенной к ней сетью нагрузки.

В аварийных режимах автоматический выключатель отключает защищаемую цепь за счет срабатывания механизма свободного расцепления, приводимого в действие тепловым или электромагнитным расцепителем. Причиной такого срабатывания является перегрузка или короткое замыкание.

Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, состоящая из двух слоев сплавов с различными коэффициентами термического расширения. При прохождении электрического тока пластина нагревается и изгибается в сторону слоя с меньшим коэффициентом термического расширения. При превышении заданного значения силы тока, изгиб пластины достигает величины, достаточной для приведения в действие механизма расцепления, и цепь размыкается, отсекая защищаемую нагрузку.

Электромагнитный расцепитель состоит из соленоида с подвижным стальным сердечником, удерживаемым пружиной. При превышении заданного значения тока, по закону электромагнитной индукции в катушке наводится электромагнитное поле, под действием которого сердечник втягивается внутрь катушки соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и вызывает срабатывание механизма расцепления. В нормальном режиме работы в катушке также наводится магнитное поле, но его силы недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины и втянуть сердечник.

Как работает автомат в режиме перегрузки

Режим перегрузки возникает, когда ток в подключенной к автомату цепи превышает номинальное значение, на которое рассчитан автоматический выключатель. При этом повышенный ток, проходящий через тепловой расцепитель, вызывает повышение температуры биметаллической пластины и, соответственно, увеличение ее изгиба вплоть до срабатывания механизма расцепления. Автомат отключается и размыкает цепь.

Срабатывание тепловой защиты не происходит мгновенно, поскольку на разогрев биметаллической пластины потребуется некоторое время. Это время может варьироваться в зависимости от величины превышения номинального значения тока от нескольких секунд до часа.

Читать еще:  Кнопка выключатель для болгарки

Такая задержка позволяет избежать отключения питания при случайных и непродолжительных повышениях тока в цепи (например, при включении электродвигателей которые имеют большие пусковые токи).

Минимальное значение тока, при котором должен сработать тепловой расцепитель, устанавливается при помощи регулировочного винта на заводе-изготовителе. Обычно это значение в 1,13-1,45 раз превышает номинал, указанный на маркировке автомата.

На величину тока, при котором сработает тепловая защита, влияет и температура окружающей среды. В жарком помещении биметаллическая пластина прогреется и изогнется до срабатывания при меньшем токе. А в помещениях с низкими температурами ток, при котором сработает тепловой расцепитель, может оказаться выше допустимого.

Причиной перегрузки сети является подключение к ней потребителей, суммарная мощность которых превышает расчетную мощность защищаемой сети. Одновременное включение различных видов мощной бытовой техники (кондиционер, электрическая плита, стиральная и посудомоечная машина, утюг, электрочайник и т.д.) – вполне может привести к срабатыванию теплового расцепителя.

В этом случае определитесь, какие из потребителей можно отключить. И не спешите снова включать автомат. Вы все равно не сможете взвести его в рабочее положение, пока он не остынет, а биметаллическая пластина расцепителя не вернется в свое исходное состояние. Теперь вы знаете как работает автоматический выключатель при перегрузках

Как работает автомат в режиме короткого замыкания

В случае короткого замыкания принцип работы автоматического выключателя иной. При коротком замыкании ток в цепи резко и многократно возрастает до значений, способных расплавить проводку, а точнее изоляцию электропроводки. Для того чтобы предотвратить такое развитие событий необходимо мгновенно разорвать цепь. Электромагнитный расцепитель именно так и срабатывает.

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник, удерживаемый в фиксированном положении пружиной.

Многократное возрастание тока в обмотке соленоида, происходящее при коротком замыкании в цепи, приводит к пропорциональному возрастанию магнитного потока, под действием которого сердечник втягивается в катушку соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и нажимает на спусковую планку механизма расцепления. Силовые контакты автомата размыкаются, прерывая питание аварийного участка цепи.

Таким образом, срабатывание электромагнитного расцепителя защищает от возгорания и разрушения электропроводку, замкнувший электроприбор и сам автомат. Время его срабатывания составляет порядка 0,02 секунды, и электропроводка не успевает разогреться до опасных температур.

В момент размыкания силовых контактов автомата, когда по ним проходит большой ток, между ними возникает электрическая дуга, температура которой может достигать 3000 градусов.

Чтобы защитить контакты и другие детали автомата от разрушительного воздействия этой дуги, в конструкции автомата предусмотрена дугогасительная камера. Дугогасительная камера представляет собой решетку из набора металлических пластин, которые изолированы друг от друга.

Дуга возникает в месте размыкания контакта, а затем один ее конец движется вместе с подвижным контактом, а второй скользит сначала по неподвижному контакту, а потом по соединенному с ним проводнику, ведущему к задней стенке дугогасительной камеры.

Там она делится (дробится) на пластинах дугогасительной камеры, слабеет и гаснет. В нижней части автомата предусмотрены специальные отверстия для отвода газов, образующихся при горении дуги.

В случае отключения автомата при срабатывании электромагнитного расцепителя, вы не сможете пользоваться электричеством до тех пор пока не найдете и не устраните причину короткого замыкания. Вероятнее всего причина в неисправности одного из потребителей.

Отключите все потребители и попробуйте включить автомат. Если вам это удалось и автомат не выбивает, значит, действительно – виноват один из потребителей и вам осталось выяснить какой именно. Если же автомат и с отключенными потребителями снова выбивает, значит все гораздо сложнее, и мы имеем дело с пробоем изоляции проводки. Придется искать, где это произошло.

Вот таков принцип работы автоматического выключателя в условиях различных аварийных ситуаций.

Если отключение автоматического выключателя стало для вас постоянной проблемой, не пытайтесь решить ее установкой автомата с большим номинальным током.

Автоматы устанавливаются с учетом сечения вашей проводки, и, значит, больший ток в вашей сети просто не допускается. Найти решение проблемы можно только после полного обследования системы электроснабжения вашего жилища профессионалами.

Основные принципы работы автоматических выключателей

Так как автоматический выключатель кроме коммутационных операций выполняет функции защиты электрических сетей и различного электрического оборудования в аварийных ситуациях, то его нужно рассматривать с учетом вариантов использования.
Коммутационные функции автоматический выключатель может выполнять не часто — не более 30 раз в сутки. Для более частых переключений, отключений и включений существуют специальные устройства и приборы.
Автоматические выключатели (автоматы) сконструированы таким образом, чтобы обеспечивалась простата и удобство их эксплуатации и обслуживания, особенно в установках большой мощности.
В основном, коммутация автоматических выключателей выполняется в ручном режиме, но есть модели, разработанные для использования со специальным (электромагнитным или электродвигательным) приводом. Такие устройства позволяют проводить управление выключателем дистанционно.
Но ручной (или приводный) режим управления относится к операции включения. Отключение автоматического выключателя (автомата) происходит в автоматическом режиме. Выключение может происходить при достижении максимально допустимых токов или (в некоторых устройствах) при достижении минимально допустимых токов.
В зависимости от функциональности автоматического выключателя их делят на:

  • • автоматы тока максимального,
  • • автоматы понижения напряжения,
  • • автоматы обратной мощности.
Читать еще:  Как должны работать выключатели

Автомат тока максимального применяется для разрыва электрической цепи в условиях достижения предельных нагрузок или тока короткого замыкания. Такое использование автоматического выключателя повторяет использование рубильника с предохранителями. Но в выключателе не нужно менять плавкие вставки, а достаточно его повторно включить. Хотя рубильник с предохранителем незаменим при некоторых особых режимах использования электрической системы.
Использование автоматических выключателей в условиях с повышенной влажностью или запыленностью должно быть в закрытом щите или шкафу с достаточной степенью защиты IP.
Скорость срабатывания (отключения цепи) определяется принципом работы и системой гашения дуги. Эти характеристики свойственны для токоограничивающих автоматов.
Регулируемая скорость срабатывания (отключения) автоматического выключателя реализована в селективных (регулируемых) автоматах.
Но если требуется защита от токов другой направленности по сравнению с рабочими, то применяют автоматы обратного тока.
Особую конструкцию имеют неполяризованные автоматические выключатели, которые могут отключать цепь, контролируя его величину во всех направлениях. Поляризованный автомат производит контроль величины тока только в одном направлении.

Классификация и типы воздушных выключателей

Силовые выключатели, в том числе и воздушные, в первую очередь принято классифицировать по типу конструкции и назначению, после чего уже рассматриваются технические характеристики. Начнем с более приоритетного критерия классификации.

По назначению

В зависимости от назначения воздушные коммутаторы разделяют на следующие виды:

  • Сетевая группа, в нее входят электромеханические аппараты, с номинальным напряжением начиная от 6,0 кВ. Могут использоваться как для оперативной коммутации цепей, так и аварийного отключения, например, при КЗ.
  • Генераторная группа. Она включает в себя электроаппараты, рассчитанные на 6,0-20,0 кВ. Данные приборы могут коммутировать цепь, как при нормальных условиях, так и в случае КЗ или наличия пусковых токов.
  • Категория для работы с энергоемкими потребителями (дуговые, руднотермические, сталеплавильные печи и т.д.).
  • Группа особого назначения. Она включает в себя следующие подвиды:
  1. Воздушные коммутаторы сверхвысокой категории напряжения, служащие для подсоединения к ЛЭП реакторов шунтирующего действия, если в линии произошло перенапряжение.
  2. Выключатели цепей с ударными генераторами (используются при стендовых испытаниях), рассчитанные на коммутацию в нормальном режиме работы и при возникновении нештатных ситуаций.
  3. Аппараты в цепях 110,0-500,0 кВ, обеспечивающих прохождение, как при нормальных условиях работы, так и определенное время при КЗ.
  4. Воздушные коммутаторы, входящие в комплект распределительных устройств.

По конструктивному исполнению

Особенности конструкции выключателей определяют их тип установки. В зависимости от этого различают следующие виды аппаратов:

  • Входящие в комплект к РУ (встраиваемые).
  • Снабженные специальными устройствами выкатки из ячеек РУ относятся к выкатному типу.


Выкатной воздушный выключатель Metasol

  • Настенное исполнение. Приборы, устанавливаемые на стены в РУ закрытого типа.
  • Подвесные и опорные (отличаются типом изоляции на «землю»).
  • Дугогашение

    Конструкция может иметь от одного до четырех полюсов, при этом в любом варианте присутствуют вспомогательные контакты, расщепитель, устройство для расщепления, система гашения электрической дуги и основная система контактов. Она может быть одноступенчатой (в случае применения металлокерамических элементов), двухступенчатой (дугогасительные и основные контакты) и трехступенчатой (помимо дугогасительных и основных, добавляются промежуточные контакты). Система для гашения дуги может выполняться со специальными дугогасительными решетками в камерах или иметь камеры с небольшими просветами. Для эксплуатации при высоком напряжении используются комбинированные виды, объединяющие в себе два варианта гашения дуги.

    Как выбрать автоматический выключатель

    Есть мнение, что самый надежный вариант автоматического выключателя – это устройство, которое может выдержать максимальную нагрузку и обеспечить помещение максимально эффективной защитой. Если следовать такой логике, можно использовать в любых сетях воздушные автоматы, и таким образом избавить себя от большинства проблем, но на практике дело обстоит несколько иначе. В зависимости от параметров конкретной цепи будет зависеть и тип выключателя, который лучше в нее установить. Если ошибиться в выборе автоматического выключателя, в конечном итоге это может обернуться крайне негативно.

    Если к обыкновенной бытовой сети электроснабжения будет подключен прибор, который рассчитан на работу в условиях повышенных мощностей, он не будет выключать питание даже тогда, когда сила тока будет существенно превышать все допустимые нормы. При этом температура изоляционного слоя значительно возрастет и станет разрушительной для кабеля, но номинальные показатели выключателя не будут превышены, поэтому автомат будет воспринимать такую ситуацию как рядовую. Отключение произойдет только после того, как вследствие плавления изоляции в сети произойдет короткое замыкание, но эта ситуация уже чревата пожаром.

    Если допустимая мощность автомата, наоборот, не будет достигать той, которую выдерживает линия электропитания, нормальной работы цепи добиться практически невозможно. После подключения нескольких приборов электричество сразу выбьет, в итоге из-за постоянного воздействия большого тока он сломается по причине «залипания» контактов.

    Автоматический выключатель – это крайне важное устройство, обеспечивающие защиту электроснабжения от риска повреждения под воздействием мощного тока. Работа сетей, в которых не стоят автоматы, запрещена в соответствии с Правилами устройства электроустановок. В связи с этим остается только правильно выбрать тип выключателя, который будет обеспечивать надежную защиту сети.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector