Основні способи гасіння дуги в апаратах напругою вище 1000 В.

1. Гасіння дуги в маслі. Горіння дуги в маслі приводить до його інтенсивного газоутворення і випару. Навколо дуги утворюється газовий пузир (рис. 1.16), що складається в основному з водню (70......80%). Швидке розкладання масла приводить до підвищення тиску в пузирі, що сприяє кращому охолодженню і деіонізації дуги, тому що водень має високі дугогасячі властивості, а в газовому міхурі газ невпинно рухається.

 

 

2. Газоповітряне дуття. Використовується принцип спрямованого руху газів як уздовж (рис.1.17, а), так і поперек дуги (рис. 1.17,б), що сприяє проникненню газових частинок у стовбур дуги, інтенсивній дифузії й охолодженню дуги.

 

Джерела газового дуття:

- продукти розкладання масла дугою (масляні вимикачі);

- продукти розкладання твердих газогенеруючих матеріалів (автогазове дуття);

- спеціальні балони зі стиснутим холодним неіонізованим повітрям (повітряні вимикачі), або елегазом (елегазові вимикачі).

 

3. Багаторазовий розрив лан­цю­га струму. Вимкнення великих струмів на високих на­пругах зв'язано з проблемою вели­ких енергій, підведених з мережі, що ускладнює процес деіонізації дугового проміжку. Використання багаторазових роз­ривів ланцюга на фазу дозволяє зменшити по­туж­ність дуги, яка гаситься, ос­кіль­ки напруга, що прикла­дається до дугового про­міжку буде менше номінальної. Число розривів зале­жить від кон­струкції вимикачів і напруги, на якій він викори­стовується. Для при­кладу можна сказа­ти, що у вимикачах напру­гою 500...750 кВ може бути більше 12 роз­ривів на фазу. Для полегшення гасіння ду­ги на­пругу мережі необ­хідно рівно­­­мірно розподілити між розри­вами. З цією метою викори­стовуються єм­ніс­ні (рис. 18, а) і ак­тивні (18, б) дільники напру­ги. У вими­качах з активним діль­ником на­пру­ги (із шун­тованими опорами) необ­хідно ство­рити роз­рив ланцюга, який реалі­зується допоміжними кон­так­тами (ДК). Струм вимкн­ня ДК обмежений шун­ту­вальними опо­ра­ми.

Розглянемо масля­ний ви­ми­­кач при одно­фаз­ному корот­ко­му за­миканні. Напруга, що при­­­кладається до роз­ривів ланцюга, не одна­кова і залежить від єм­но­сті контактної си­сте­ми відносно землі (рис. 1.19).

а) б)

Рис. 1.19.

Масляний вимикач: а) – конструктивні особливості; б) - схема заміщення:

C₁ – єм­ність розривів; С₂ - ємність контактної системи відносно землі; U_М - напруга мережі; U₁ - напруга, що прикладається до правого контакту вимикача; U₂ – на­пруга, що прикладається до лівого контакту вимикача.

 

Напруга між контактами розподіляється так:

, а так як С₂ > С₁, то U₁ > U₂, і гасильні пристрої будуть працювати в неоднакових умовах.

4. Гасіння дуги в вакуумі.

Описані вище процеси відбувалися в електричній дузі, що горить в середовищі газу, який знаходиться під високим тиском.

Високо­розріджений газ 10^-6...10^-8 Н/см² також має велику електричну міцність, яка у багато разів більша, ніж у повітря при атмосферному тиску. Внаслідок глибокого вакууму досягається швидка дифузія заряджених часток у навколишній простір, що дозволяє відновлювати міцність дугового проміжку відразу ж після проходження струму через нуль і уникати повторного загоряння дуги.

5. Гасіння дуги в елегазі. Шестифториста сірка SF6 (елегаз) має велику електричну міцність у порівнянні з повітрям і воднем. Крім того, вона має високі дугогасильні властивості навіть при атмосферному тиску. Процес горіння і гасіння дуги в елегазі аналогічний тому, що вже був розглянутий раніше для газів з великим тиском.

 

 

На рис.1.20 наведено залежність електричної міцністі дугового проміжнку від тиску середовища.

 

Рис.1.20

 

 

Порядок виконання роботи.

 

1. Вивчивши попередньо теоретичне обґрунтування принципів горіння електричної дуги й конструкцію лабораторної установки, зібрати схему (рис.1.210) і підключити до неї осцилограф. Дуговий проміжок установити максимальним.

Рис. 1.210.

Схема дослідження електричної дуги: 1 - зварювальний трансформатор; 2 - регулювальний реостат; 3 - трансформатор струму (I_Н = 200 А); 4 - пристрій з регульованим дуговим проміжком.

 

2. Після перевірки схеми викладач подає напругу на схему і запалює дугу, змінюючи дуговий проміжок.

3. Перемалювати на кальку осцилограми струму і напруги дугового про­міжку, попередньо записавши покази вольтметра V₂ і амперметра А.

4. Записати показання приладів, змінюючи дуговий проміжок від мінімального (загоряння дуги) до максимального (гасіння дуги). Описати характер змінювання процесу горіння дуги, відображеного осцилографом.

 

Питання для самоконтролю

1. Причини виникнення клектричної дуги (електричного розряду).

2. Назвіть форми вимкнення електричного ланцюга. При яких умовах виникає та чи інша форма?

3. На які складові поділяється напруга дуги?

4. Які умови стійкого горіння дуги?

5. Охарактеризуйте фізичні процеси, що протікають в діелектрику під час горіння в ньому електричної дуги.

6. Назвіть умову гасіння дуги постійного струму. Перелічіть методи її досягнення.

7. Охарактеризуйте процеси, що виникають при згасінні дуги (відновлюванна напруга)

8. В чому особливості горіння і гасіння дуги змінного струму.

9. Процеси, що здійснюються при проходженні струму електричної дуги через «0».

10. Яку умову повинен забезпечити вимикач для успішного вимкнення ланцюга?

11. Перелічіть і охарактеризуйте способи гасіння дуги в вимикачах. Яким чином в кожному з них досягається умова гасіння дуги?

12. Чим відрізняються поняття напруга дуги і напруга дугового проміжку?

13. Як на процес гасіння дуги впливає струм в дузі?

14. Як на процес гасіння дуги впливає напруга мережі?

15. Як на процес гасіння дуги впливає cosφ?

16. Як впливає опір 2 (рис. 1.21) на процесс горіння і гасіння дуги подовженгням?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

Апарати на напругу до 1000в

 

Такі апарати по призначенню поділяються на дві групи:
-розподілу;
-управління.

Функції апаратів розподілу електричної енергії на напругу до 1000 В:

- неавтоматичне увімкнення і вимкнення електричних ланцюгів для подачі або зняття живлення електроенергією ділянки мережі;

- автоматичне вимкнення ділянки ланцюга при появі ненормальних режимів, що загрожують безпеці обслуговуючого персоналу або збереженню устаткування (наприклад, при короткому замиканні). Іноді апарати здійснюють автоматичне введення резерву (АВР) чи автоматичне повторне увімкнення (АПВ) після аварійного вимкнення.

Розрізняють три групи апаратів розподілу енергії:

- неавтоматичні вимикачі та рубильники;

- автоматичні вимикачі (скорочено автомати);

- плавкі запобіжники (скорочено запобіжники).

Перераховані апарати іноді встановлюють разом з апаратурою управління в пристроях для управління електроприводом.

Автомати служать як для неавтоматичних комутацій, так і для автоматичного вимкння при різних ненормальних режимах (надструмі, перенапрузі, зникненні напруги, зворотному струмі і т.д.), тобто виконують обидві функції.

Неавтоматичні вимикачі виконують тільки першу функцію: неавтоматичне увімкнення і вимкнення ланцюгів.

Запобіжники частково виконують другу функцію: тільки відключають ланцюг і тільки при одному виді ненормального режиму - при надструмі. Їхня особливість - плавлення металу при великих струмах, що веде до розриву ланцюга струму.

Всі апарати розрізняються по роду струму (частоті), номінальній напрузі, номінальному струму і струму що комутується та числу фаз, що комутуються.

 

Неавтоматичні вимикачі

Неавтоматичні вимикачі призначені для проведення неавтоматичних комутацій електричного ланцюга в нормальних режимах при струмах, що не перевищують номінального струму вимикача. До них відносяться неавтоматичні вимикачі, пакетні вимикачі і перемикачі та рубильники.

У розподільчих пристроях до 1кВ і в слабкострумових ланцюгах автоматики широке застосування знайшли пакетні перемикачі і вимикачі, що замінили стару конструкцію рубильників. На рис. 2.1 показаний пакетний кулачковий вимикач. На підставці вимикача укріплені два пакети I, II, усередині яких розташовані по три полюса контактної системи.

При повороті рукоятки 9 повертаються вал 2 і кулачок 3. Якщо шток 5 попадає у виїмку кулачка, то контакти 7, 8 зами­каються під дією пружини 6. Якщо шток 5 попадає на виступ кулачка, то контакти розмикаються. Виникаюча дуга гаситься в закритому об’ємі герметизованного корпуса 4. Зовнішня мережа підключається до вихідних виводів I.

Пакетні вимикачі і перемикачі серій В і ПМ випускаються одне -, двох - і трьохполюсні розраховані на номінальні струми 20-400 А постійного струму на­пру­­гою 220 В та 63-250 А змінного струму напругою 380 В. Найбільша частота спрацювання - 300 за годину.

Пакетні перемикачі мають малі габаритні розміри, зручні в мон­тажі; при переключенні унеможливується викид полум'я і газів. Такими перемикачами дозволяється відключати номінальні струми.

Вони не забезпечують видимого розриву ланцюга, тому в деяких ланцюгах установлюють рубильники.

Рубильники

Рубильники призначені для комутацій окремих знеструмлених частин електричного кола, зняття з них напруги, та для утворення видимого проміжка в лектричної ланці.

Останні, по конструкції, розрізняються на одне -, двох - і трьохполюсні рубильники.

На рис. 2.2. показаний рубильник з підоймовим приводом. Рухливий контакт-ніж 3 обертається в шарнірній стійці 4, створюючи розриви з не­рухомим контактом 1. Дугогасильна камера 2 забезпечує гасіння дуги. Ножі всіх полюсів об'єднані ізоляційним валиком, рух якому передається тягою. 5. Рукоятка монтується на передній стороні шафи, а контактна частина - усередині шафи; отже, операції з рубильником безпечні для персоналу. Таким рубильником можна відключати номінальний струм в установках 380 В й 50% номінального струму в установках 500 В.

 

 

 

Найважливіша частина рубильника - контакти. Звичайно засто­совуються лінійні контакти рублячого типу, контакт в них забезпечується спеціальними сталевими пружинами.

Гасіння дуги постійного струму (до 75 А) відбувається за рахунок її механічного розтягування. При великих струмах гасіння дуги здійснюється за рахунок її переміщення електродинамічними силами взаємодії, причому чим коротше ніж, тим більше сили взаємодії між дугою і деталями рубильника, що підвищує відключаючу здатність рубильника.

Гасіння дуги змінного струму здійснюється за рахунок білякатодової електричної міцності (150-250 В), що спостерігається при переході струму через нуль. Довжину ножа в рубильниках змінного струму вибирають по механічних умовах.

Застосування дугогасильних камер забезпечує гасіння дуги при вимкнні номінальних струмів рубильниками постійного 220 В й змінного 380 В струмів. При напругах 440 і 500 В струми, що відключаються, складають 0,5 І_ном. Дугогасильні камери запобігають викиду іонизованих газів, перекриттю електричної дуги між фазами або на корпус.

Рубильники без гасіння дуги випускаються на струми до 5000А, але не призначені для вимкнення струму навантаження.

 

Запобіжники

Запобіжник - це комутаційний електричний апарат, призначений для вимкнення ланцюга руйнуванням, спеціально передбачених для цього, його струмоведучих частин під дією струму, що перевищує визначене значення.

У більшості запобіжників ланцюг відключається за рахунок розплавлювання плавкої вставки, яка нагрівається струмом ланцюга. Після вимкнення ланцюга необхідно замінити перегорілу вставку на справну.

Запобіжник включається послідовно в ланцюг, який захищається, а для створення видимого розриву використовується неавтоматичний вимикач (рубильник).

Основні елементи запобіжника - корпус, плавка вставка (плавкий елемент), контактна частина, дугогасильний пристрій і дугогасильне середовище.

Запобіжники виготовляють для змінного струму на напруги 35В, 220В, 380В, 660 В і для постійного струму напругою 24В, 110В, 220В, 440 В.

Запобіжники характеризуються номінальним струмом плавкої вставки, тобто струмом, на який розрахована плавка вставка для тривалої роботи. У той самий корпус запобіжника можуть бути вставлені плавкі вставки на різні номінальні струми, тому сам запобіжник характеризується номінальним струмом запобіжника.

Запобіжники напругою до 1 кВ виготовляють на номінальні струми до 1000 А.

У нормальному режимі теплота, утворена струмом навантаження в плавкій вставці, передається в навколишнє середовище і температура всіх частин запобіжника не перевищує припустиму. При перевантаженнях або коротких замиканнях температура вставки збільшується и вона розплав­ляється. Чим більше протікає струм, тим менше час плавлення. Ця залеж­ність називається захисною (ампер-секундною) характеристикою запобіж­ника (рис.2.3).

 

 

 

 

Щоб зменшити час спрацьовування запобіжника, застосовують плавкі вставки з матеріалів спеціальної форми, а також використовують металургійний ефект.

Найбільш розповсюджені матеріали плавких вставок - мідь, цинк, алюміній, свинець і срібло.

Цинк і свинець мають низьку температуру плавлення (419 і 325 °С), що забезпечує невелике нагрівання плавких вставок для їх розплавлення. Цинк стійок до корозії, тому перетин плавної вставки не змінюється за час експлуатації і захисна характеристика залишається незмінною. Цинк і свинець мають великі питомі опори, тому плавкі вставки з них виготовляються великого перетину. Такі плавкі вставки звичайно застосовуються в запобіжниках без наповнень. Запобіжники з вставками з цинку і свинцю мають великі витримки часу спрацювання при перевантаженнях.

Мідні вставки піддаються окислюванню; їхній перетин згодом змен­шу­ється, і захисна характеристика запобіжника змінюється. Для зменшення окислювання звичайно застосовують луджені мідні вставки. Температура плавлення 1080 °С, тому при струмах, близьких до мінімального струму плавлення, температура всіх елементів запобіжника значно зростає.

Срібні вставки не окислюються, і їхні характеристики найбільш стабільні.

Алюмінієві вставки застосовуються в запобіжниках у зв'язку з дефіцитом кольорових металів. Високий опір окісних плівок на алюмінії ускладнює здійснення надійного рознімного контакту.

Для прискорення плавлення вставок з міді і срібла використовується металургійний ефект - явище розчинення тугоплавких металів у розплавлених менш тугоплавких. Якщо, наприклад, на мідний дріт діаметром 0,25 мм напаяти кульку з олов'яно-свинцового сплаву з температурою плавлення 182°С, то при температурі дроту 650°С вона розплавиться протягом 4хв, а при 350°С - протягом 40 хв.

Той же дріт без розчинника плавиться при температурі не менш 1000 °С. Звичайно для створення металургійного ефекту на мідних і сріб­них вставках застосовують чисте олово с більш стабільними властивостями. У нормальному режимі роботи кулька практично не впливає на температуру вставки.

Прискорення плавлення вставки досягається також застосу­ван­ням плавкої вставки спеціальної форми (рис. 2.4). При струмах короткого замикання вузькі ділянки нагріваються настільки швидко, що відвід теплоти майже не відбувається. Вставка перегоряє одночасно в декількох звужених місцях (перетин В-В) перш ніж струм короткого замикання досягне свого сталого значення в ланцюзі постійного струму або ударного струму в ланцюзі змінного струму (див. рис. 2.3).Струм короткого замикання при цьому обмежується до значень І_обмеж (у 2-5 разів менш І_устал). Таке явище називається струмообмежуючою дією запобіжника. Електродинамічні сили в ланцюзі, захищеному таким запобіжником, настільки зменшуються, що в деяких випадках струмоведучі частини й апарати не вимагають перевірки на електродинамічну стійкость.

Гасіння електричної дуги, що виникає після перегоряння плавкої вставки, повинне здійснюватися в можливо короткий час. Час гасіння дуги залежить від конструкції запобіжника.

Найбільший струм, що плавкий запобіжник може відключити без яких-небудь ушкоджень чи деформацій, називається граничним струмом вимкнення.

Запобіжники знайшли широке застосування в промислових електро­установках, на електростанціях, підстанціях, у побуті і мають різну конструкцію. Розглянемо конструкцію запобіжників, найбільше широко застосовуваних в електричних установках.

Запобіжники з закритими розбірними патронами без наповнення типу ПР-2 (див. рис. 2.4) виготовляються на 220 і 500 В, номінальні струми 100...1000 А, струми, що відключаються при струмах вимикання 6...20кА.(cos(0,4))

 

Патрон запобіжника ПР-2 (див. рис. 2.4) на струми 100 А й вище складається з товстостінної трубки (фібрової) 1, на яку щільно насаджені латунні втулки 3, що запобігають розриву трубки. На втулку нагвинчуються ковпачки 4, що закріплюють плавку вставку 2, пригвинчену до ножів 6, до установки її в патрон. Для запобігання повороту ножів передбачена шайба 5, що має паз для ножів. Патрон вставляється в нерухомі контактні стійки, укріплені на ізоляційній плиті.

Запобіжники насипні типу ПН-2 широко застосовуються для захисту силових ланцюгів напругою до 500В змінного і 440В постійного струмів і виготовляються на номінальні струми 100...600 А. Порцелянова, квадратна зовні і кругла усередині, трубка має чотири різьбових отвори для гвинтів, за допомогою яких кріпиться кришка з ущільнювальною прокладкою. Плавка вставка приварена точковим зварюванням до шайб контактних ножів. Кришки з азбестовими прокладками герметично закривають трубку. Трубка заповнена сухим кварцовим піском. Плавка вставка виконана з однієї чи декількох мідних стрічок товщиною 0,15...0,35 мм і шириною до 4 мм. На вставці зроблені насічки, що зменшують перетин вставки в 2 рази. Для зниження температури плавлення вставки використовується металургійний ефект - на стрічки міді напаяні кульки олова. Температура плавлення в цьому випадку не перевищує 475 °С. Дуга виникає в декількох рівнобіжних каналах (відповідно до числа вставок); це забезпечує найменшу кількість пару металу в каналі між зернами кварцу і найкращі умови гасіння дуги у вузькій щілині. Насипні запобіжники так само, як запобіжники ПР, мають струмообмежуючу властивість.

Для зменшення виникаючих перенапруг плавка вставка має по довжині насічки, причому їхня кількість залежить від номінальної напруги запобіжника (з розрахунку 100...150 В на ділянку між насічками). Тому що вставка згоряє у вузьких місцях, то довга дуга виявляється розділеною на ряд коротких дуг, сумарна напруга на який не перевищує суми катодних і анодних спадань напруги.

Автоматичні вимикачі

Автоматичний вимикач призначений для автоматичних вимикань ланцюгів при аварійних режимах, а також нечастих неавтоматичних оперативних комутацій (від 6 до 30 у добу) електричних ланцюгів.

Автоматичні вимикачі виготовляють одно-, двох-, трьох- і чотирохполюсні; на номінальні струми 6,3...6300А; для ланцюгів напругою змінного струму до 1000В і постійного струму - до 440В.

Автоматичні вимикачі мають встроєні реле прямої дії, що забезпечують вимкнення при перевантаженнях, коротких замиканнях та зниженні напруги. Вимкнення може відбуватися без витримки часу чи з витримкою часу. За власним часом вимкнення t_відк. (проміжок часу від моменту, коли контрольований параметр перевершив установлене для нього значення, до початку розходження контактів) розрізняють вимикачі: - нормальні (t_відк.=0,02-1с), - з витримкою часу, - селективні і - швидкодіючі (t_відк. <0,005 с).

Нормальні і селективні автоматичні вимикачі струмообмеженою дією не володіють. Швидкодіючі вимикачі, так само, як запобіжники, мають струмообмежуючу дію, оскільки відключають ланцюг до того як струм КЗ досягне значення і_уд.

Селективні автоматичні вимикачі дозволяють здійснити селективний захист мереж установкою автоматичних вимикачів з різними витримками часу.

Автоматичні вимикачі виготовляють з ручним і двигунним приводом, у стаціонарному або у висувному виконанні.

Автоматичні вимикачі з дистанційним керуванням (АВМ) розраховані на комутацію максимальних струмів, що вмикаються або вимикаються у циклі АПВ операцій «Відкл.-УВ.-Відкл.-П- УВ.-Відкл.» при номінальній напрузі. Тут Відкл - вимкнення, П - пауза (< 180 с), УВ - увімкнення, вимкнення.

Основні елементи автоматичного вимикача і їхню взаємодію розглянемо на принциповій схемі (рис. 2.5).

 

 

Контактна система вимикачів на великі струми двоступінчаста, складається з головних 11, 5 і дугогасильних контактів 7. Головні контакти повинні мати малий перехідний опір, тому що по них проходить основний струм. Звичайно це масивні мідні контакти зі срібними накладками на нерухомих контактах і металокерамічних накладках на рухливих контактах. Дугогасні контакти замикають і розмикають ланцюг, тому вони повинні бути стійкі до дуги, яка виникає, їхня поверхня металокерамічна.

При номінальних струмах 630 А контактна система односту­пінчата, тобто одні і тіж контакти виконують роль головних і дугогасних.

На рис. 2.5 вимикач показаний у вимкному положен­ні. Для його увімкнення обертають рукоятку 2 чи подають напругу на електромаг­ніт­ний при­вод 1. Виникаюче зусилля переміщує важелі 3 вправо, при цьому повертається де­таль 13, замикаються спочатку дугогасні контакти 7 і створюється ланцюг струму через ці кон­такти і гнучкий зв'язок 12, а потім через головні контакти 5-11. Після завершення операції вимикач утримується у увімкному положенні засувкою 14 із зубцями 15 і пружиною 16.

Відключають вимикач рукояткою 2, приводом 1 чи автоматично при спрацьовуванні розчіплювача.

Розчеплювач 17 спрацьовує при протіканні по його обмотці УАТ1 струму короткого замикання. Створюється зусилля, що переборює натяг Р пружини 16, важелі 3 переходять нагору за мертву точку, у результаті чого автоматичний вимикач відключається під дією пружини, що відключає, 4. Цей же розчеплювач виконує функції незалежного розчеплення. Якщо на нижню обмотку УАТ2 подати напругу кнопкою SB, вона спрацює і здійснить дистанційне вимкнення.

При зниженні чи зникненні напруги спрацьовує розчеплювач 18 і також відключається автоматичний вимикач.

При вимкнні спочатку розмикаються головні контакти і весь струм переходить на дугогасильні контакти. На головних контактах дуга не утвориться.

Дугогасильні контакти 7 розмикаються, коли головні знаходяться на достатній відстані друг від друга. Між дугогасильними контактами утвориться дуга, що видувається нагору в дугогасильну камеру 8, де і гаситься.

Дугогасильні камери виконують зі сталевими пластинами (ефект розподілу довгої дуги на короткі) і лабіринтовими - щілинами (ефект гасіння дуги у вузькій щілині). Дуга втягується в камеру магнітним дуттям. Матеріал камери повинний володіти високою дугостійкістю.

При протіканні струму короткого замикання через увімкний автоматичний вимикач між контактами виникають значні електро­динамічні сили, що перевищують сили контактних пружин 6 і 10, що можуть відірвати один контакт від іншого, а дуга, що утворилася, може зварити їх. Щоб уникнути мимовільного вимкнення., застосовують електродинамічні компенсатори у виді шинок 9, вигнутих петлею. Струми в шинках 9 мають різний напрямок, що створює електродинамічну силу, що збільшує притиснення контактів друг до друга.

Важелі 3 виконують роль механізму вільного розчіплювання, що забезпечує вимкнення автоматичного вимикача в будь-який момент часу, у тому числі при необхідності й у процесі увімкнення. Якщо вимикач включається на існуюче коротке замикання, то розчеплювач 16 спрацьовує і переводить важелі 3 нагору за мертву точку, порушуючи зв'язок привода 1 (чи 2) з рухливою системою автоматичного вимикача, що відключається пружиною 4 незважаючи на те, що приводом буде передаватися зусилля на увімкнення. У реальних автоматичних вимикачах механізм вільного розчіплювання має більш складний пристрій

Захисна характеристика ав­то­матичного вимикача показана на рис. 2.6. Макси­мальний роз­чеп­лювач електромагнітного типу має зворотно залежну від стру­му витримку часу при перевантаженнях (ділянка ав) і незалежну витримку часу при струмах короткого замикання (cd). Уставка по струму регулюється у зонах перевантаження (залежна характеристика) і короткого замикання (струмова відсічка). Час спрацювання регулюється при І_ном = 3...10 І_ном і при струмі короткого замикання. В автоматичних вими­качах з електромагнітними розчеплювачами витримка часу в незалежній від струму частини характеристики досягається за рахунок годинного анкерного механізму, у залежної - від сили притягання якоря електромагніта до сердечника.

Автоматичні вимикачі з біметалічними розчеплювачами забезпечують зворотньо-залежну характеристику при перевантаженнях. Для захисту від короткого замикання в таких вимикачах використовуються електромагнітні расчеплювачи миттєвої дії.

На електростанціях, підстанціях, промислових підприємствах і в побуті засто­совуються автоматичні вимикачі різних конструкцій. Далі розглянуті конструкції, що одержали найбільше широке застосування на електростанціях і підстанціях.

Автоматичні вимикачі серії А3700 на струми 160...630 А и напругу змінного струму до 660 В, постійного до 440 В випускаються в пластмасовому корпусі з ізолюючими перегородками між полюсами у двох виконаннях:

 

 

 

А3700Б – струмообмежуючі з електромагнітними розчеплювачами миттєвої дії і напівпровідниковими розчеплювачами;

А3700С - селективні з напівпровідниковими розчеплювачами з ре­гуль­ованою витримкою часу. Межі регулювання: струм спраць­овування при перевантаженнях 1,25 І_ном, при короткому замиканні 3...10 І_ном.

Автоматичні вимикачі серії А3700 мають одну пару контактів на полюс (4,5) з металокерамічними накладками. Увімкнення і вимкнення може виконуватися вручну рукояткою 6 або електромеханічним при­водом у виді окремого блоку, установлюваного над кришкою вимикача (на Рис. 2.8 не показаний).

Автоматичне вимкнення при короткому замиканні виконується розчеплювачем миттєвої дії, до магнитопроводу 13 якого притягується якір 12, ударяючи по кулачку рейки, що відключає, 11. При перевантаженнях спрацьовує напівпровідниковий блок 10 і впливає на незалежні розчеплювачі 9, які притягують якір, звільнюють бойок 8, який впливає на рейку, яка відключає, 11. Рейка звільняє механізм вільного розчіплювання, і контакти розмикаються. Виникаюча дуга гаситься в камері 2 зі сталевими пластинами. Граничний струм вимкнення дорівнює 60…110кА.

Автоматичний вимикач A3700 виготовляється в стаціонарному та висувному виконанні і широко застосовується в комплектних розподільних пристроях напругою до 1кВ.

Автоматичний вимикач серії "Електрон" (Е) виготовляється для ланцюгів змінного струму напругою до 660В і постійного струму напругою до 440 В на номінальні струми І_ном= 1000...6300 А й струми вимкнення І_вимк= 65...115кА.

Вимикачі цієї серії оснащені ручним або електромеханічним приводом, що забезпечує дистанційне увімкнення. Вимкнення може здійснюватися кнопкою ручного вимкнення,або незалежним (дистанційним) розчеплювачем і максимальним токовим захистом, виконаним на напівпровідникових блоках.

.

 

 

 

 

 

Дугогасильний пристрій складається з ізоляційного корпуса 2, у якому розміщені сталеві пластини I і полум’ягасильна решітка 3. Автоматичні вимикачі серії Е виготовляють для стаціонарної установки або висувними.

 

Автоматичні вимикачі в висувному виконанні можуть знаходитися в:

- робочему положенні - головний і допоміжний ланцюги замкнуті;

- контрольному - головний ланцюг розімкнутий, а допоміжний замкнутий;

- ремонтному - головний і допоміжний ланцюги розімкнуті.

Спеціальне механічне блокування перешкоджає вкочуванню і викочуванню вимикача при увімкному положенні вимикача.

Автоматичні вимикачі серії АВМ випускаються на номінальні струми до 2000 А й напругою 500 В перемінного і 440 В постійного струмів. Вимикач має дві пари контактів на полюс - головні 2 і дугогасильні 3, 4 (рис. 2.8). Гасіння дуги відбувається в камері 5 зі сталевими пластинами 6.

Вимикачі АВМ мають максимальний розчеплювач з зворотньо-залежною витримкою часу при перевантаженнях, що досягається за рахунок годинникових (анкерних) механізмів. При струмах короткого замикання максимальний розчеплювач спрацьовує з установленою витримкою часу 0,25; 0,4; 0,6 за рахунок спеціального механічного сповільнювача розчіплювання. Привод може бути: ручним, механічним або електромеханичним. Вимикачі АВМ виготовляють для стаціонарної установки або висувними для комплектних розподільних пристроїв.

Крім автоматичних вимикачів розглянутих серій, для захисту електричних ланцюгів від перевантажень і коротких замикань застосовуються вимикачі AE-1000, АЕ-2000, АК-63, А-63, АВ-45 та ін.

Автомати гасіння поля

Автомати гасіння поля (АГП) відносяться до особливої групи (рис. 2.9). Вони призначені для вимкнення струму в обмотці збудження генераторів. Автомат має головні контакти, розташовані відкрито (на малюнку не показані), і дугогасильні 5, 6 у камері гасіння дуги. У увімкному положенні АГП утримується засувкою. При вимкнні контакти 5 відходять вниз і виникають дуги між контактами 5 і 6, що силою магнітного поля, створеного котушками 7, осердями 8 і сталевими полюсами 9, видуваються нагору. Утвориться одна довга дуга. Вона заганяється в кільцеву дугогасильну камеру, де розбивається між мідними пластинами 3 на короткі дуги. Одночасно в ланцюг включаються котушки 1, що створюють радіальне магнітне поле, що замикається зі сталевого осердя 4 на сталевий зовнішній кожух 2. У результаті взаємодії з магнітним полем короткі дуги починають рухатися по круговій обертальній траєкторії з великою швидкістю і тому не плавлять пластини. Вся енергія, що виділяється в дузі, розподіляється по поверхні пластин і гаситься ними. Температура пластин при цьому не повинна перевищувати 200°С, на підставі чого і вибирають розміри пластин. Паралельно пластинам увімкні секції шунтуючих опорів (на рис. 2.9 не показані). У цьому випадку дуга на ґратах гасне не відразу, а по секціях, стрибками, наближаючись до нуля. Першою гасне дуга в секції, шунтованою меншим опором. Поступовий спад струму зменшує виникаючу при розриві ланцюга постійного струму перенапругу. Власний час вимкнення АГП не більш 0,15с, а повний час гасіння поля залежить від параметрів генераторів.

 

Контактори і пускачі

Контактор - це двохпозиційний апарат із самоповерненням, призначений для частих комутацій струмів, не перевищуючих струми перевантаження, що приводиться в дію приводом.

Контактори виготовляють на струми 4...4000 А, на напругу 220, 440, 750 В постійного і 380, 660В мінного струмів і допускають 600-1500 комутацій у годину. Контактори можуть бути одно- … п’ятиполюсними.

Електромагнітні контактори знайшли широке застосування в електро­установках. Контактна система в них включається електромагнітом.

Контактори постійного струму в залежності від категорії розраховані на комутацію струмів від 1 І_ном до 10 І_ном. Вони можуть бути розраховані на роботу в переривчасто-тривалому, тривалому, повторно-короткочасному або короткочасному режимі.

Вони не мають пристроїв, що реагують на перевантаження або короткі замикання. Цю функцію виконують запобіжники й автоматичні вимикачі, що включаються послідовно з контактором і захищають ланцюг від перевантажень і коротких замикань. Електродинамічна і термічна стійкість контакторів не нормується.

На відміну від автоматичних вимикачів контактори не мають меха­нічних пристроїв, що замикають контактор у положенні "увімкно".

У увімкному положенні контактор утримується електромагнітом. Основні елементи контакторів – головні контакти, дугогасильний пристрій, електромагнітна система і допоміжні контакти.

На Рис. 2.I0.а показана схема управління однополюсним контактором. Головні кон­такти контактора KM увімкні в ланцюг дви­гуна М, а котушка - у ланцюг управління по­слідовно з кнопками управ­ління SB1,SB2 і допоміжними контактами SQ.

На конструктивній схемі контактор зображений у момент вимкнення, коли напруга з котушки 15, установленої на осерді 14, знята і рухома система під дією пружини 11 прийшла в нормальне положення. Дуга, що виникла між контактами 2 і 7, гаситься в камері 5 з ізоляційними перегородками. Втягування дуги в камеру відбувається за рахунок магнітного поля, створеного магнітною системою, що скла­даєть­ся з котушки 16, увімкної послідовно в головний ланцюг, сталевого осердя 1 і полюсних наконечників 17. На виході з камери вста­новлена і полум'ягасильна решітка 3, що перешкоджає виходу іонізованих газів за межі камери.

Для увімкнення контактора подається напруга на котушку 13 натисканням кнопки SB1. У котушці створюється магнітний потік, що при­тягає якір 10 до осердя. На якорі укріплений рухомий контакт 7, який після зіткнення з нерухомим контактом 2 сковзає по його по­верхні, стираючи оксидну плівку на поверхні контактів. Притискання контактів забеспечується пружиною 8. Контактні накладки 6 зі срібла забезпечують мінімальний перехідний опір.

 

 

 

 

 

У деяких випадках накладки виконуються з дуго­стійкої метало­кера­міки. Контактор утри­мується у увімкному поло­женні своєю коту­ш­кою. Після увімкнення кон­­тактора замикаються допо­міжні контакти 12 (SQ), шунтуючи кнопку SB1, тому розмикання пускової кнопки не розриває ланцюг котушки 15 (КМ).

На якорі 10 передбачена немагнітна прокладка на латуні 9, що зменшує силу притягання, обумовлену залишковою індукцією в сердечнику. Таким чином, при знятті напруги з котушки 15 якір не "залипає". При значному зниженні напруги в ланцюзі управління, а також при його зникненні контактор автоматично відключається.

Для вимкнення контактора досить натиснути кнопку SB2, що розімкне ланцюг живлення котушки 15.

Ланцюг управління контактором може одержувати живлення від первинного ланцюга. Захист електродвигуна в розглянутій схемі здійснюється автоматичним вимикачем QF. До електромагнітних контакторів загальнопромислових серій відносяться наступні типи: перемінного струму КТ, КТП, КТВ; постійного струму КП, КПВ, КПД; постійного і перемінного струмів КМ, РПК, КН.