Электрические выключатели

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Реферат

Электрические выключатели

Содержание

Автоматические выключатели

Нормирование коммутационной способности автоматических выключателей

Электромагнитные контакторы и пускатели

Магнитные пускатели

Неавтоматические выключатели

Пакетные выключатели и переключатели

устройство автоматика выключатель ток

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели переменного и постоянного тока представляют собой силовые выключатели с встроенными релейными устройствами прямого действия, получившими название расцепителей.

Наибольшее применение в распределительных сетях промышленных предприятий и системах собственных нужд электростанций получили автоматические выключатели серии А-3700 для напряжений до 660 В переменного тока и до 440 В постоянного тока с номинальным током от 160 до 630 А. Эти выключатели выполняю! двух типов, а именно: а) токоограничивающие с электромагнитными расцепителями мгновенного действия; б) селективные с расцепителями, характеристики времени срабатывания которых имеют зависимую и независимую от тока части. Зависимая часть характеристики обеспечивает защиту при перегрузках, независимая часть -- при КЗ. Установки тока и времени могут быть изменены в определенных пределах. Время срабатывания выключателя при перегрузках от 5 до 100 с. Время срабатывания при КЗ от 0,1 до 0,4 с.

Обмотку электромагнита расцепителя максимального тока включают в цепь главного тока непосредственно, с помощью шунта или трансформатора тока. При срабатывании расцепитель действует на механизм свободного расцепления и освобождает подвижную часть выключателя.

В качестве дугогасительных устройств в автоматических выключателях переменного и постоянного тока применение получили: 1) лабиринтно-щелевые камеры из инертных, в отношении выделения газа, материалов, сходные с гасительными устройствами электромагнитных выключатели, но более простой конструкции; 2) камеры с стальными пластинами, в которых дуга делится на ряд коротких дуг, перемещающихся вдоль пластин под действием электродинамических сил и сил взаимодействия тока с магнитной массой. Независимо от типа гасительного устройства основными факторами деионизации дугового промежутка являются: а) увеличение длины дуги; б) быстрое ее перемещение в щелях; в) тесное соприкосновение дуги с относительно холодными керамическими стенками камеры, металлическими пластинами.

В камерах всех типов, в особенности на большие токи отключения, предусмотрены пламегасительные решетки над гасительным устройством. Они состоят из ряда коротких металлических пластин с узкими щелями между ними. Такая решетка ограничивает выброс пламени из камеры.

Автоматические выключатели с номинальным током до 630 А имеют одну пару контактов, являющихся одновременно главными и дугогасительными. В выключателях с номинальным током свыше 630 А главные и дугогасительные контакты разделены.

Автоматические выключатели снабжают ручным и электромеханическими приводами для дистанционного управления.

Устройство автоматического выключателя переменного тока типа А-3700 с номинальным напряжением 660 В и номинальным током 160 А показано на рис. 15.1. Корпус выключателя изготовлен из прочной пластмассы. Между полюсами предусмотрены изолирующие перегородки. Основные части выключателя обозначены цифрами: 1 -- неподвижный и 2 -- подвижный контакты с напаянными металлокерамическими накладками; 3 -- стальные пластины с вырезами; 4 -- пламегаситель; 5 -- рукоятка для ручного управления; 6 -- трансформаторы тока; 7 -- якорь расцепителя мгновенного действия; 8 -- сердечник; 9 -- отключающая рейка; 10 -- катушка независимого расцепителя; 11-- ручка для регулирования установок; 12 -- независимый расцепитель; 13 -- боек.

Нормирование коммутационной способности автоматических выключателей

Коммутационная способность / автоматических выключателей переменного тока заводы-изготовители характеризуют

номинальным током отключения (действующим значением периодической составляющей тока) к моменту размыкания контактов /_{откл.ном} , номинальным током включения (мгновенным значением) i_{вкл.ном} и номинальным значением постоянной времени апериодической составляющей Т_а.ном. Автоматический выключатель должен надежно включать и отключать цепь с соответствующими значениями тока КЗ при номинальном напряжении, номинальном цикле операций О-П-ВО-П-ВО и при номинальном значении постоянной времени апериодической составляющей тока. При выборе выключателя перечисленные номинальные параметры подлежат сопоставлению с соответствующими расчетными величинами применительно к рассматриваемой цепи, вычисленными без учета сопротивления выключателя и сопротивления дуги в месте замыкания. Таким образом, должны быть соблюдены следующие условия:

I_{откл.ном ?} I_{пt ;}

i_{вкл.ном ?} i_{уд ;}

Т_{а.ном ?} Т_а .

При выборе автоматических выключателей до 1 кВ следует учитывать условия их работы. Сети 380-660 В питаются через понижающие трансформаторы, мощность которых не превышает 2500 кВ * А в промышленных предприятиях и 1000 кВ * А на электростанциях. Вследствие значительной удаленности точки КЗ от генераторов периодическая составляющая тока практически не затухает. Поэтому расчетный ток 1_пt может быть, без заметной погрешности, заменен током /_п0. Постоянная времени апериодической составляющей тока КЗ мала вследствие значительного активного сопротивления. Поэтому ударный коэффициент близок к единице.

Номинальные значения постоянной времени апериодической составляющей тока находятся в пределах от 0,005 до 0,015 с.

Коммутационную способность автоматических выключателей постоянного тока заводы-изготовители характеризуют номинальным током отключения /_{откл ном}, равным ему номинальным током включения /_{вкл.ном} и номинальным значением постоянной времени Т_а.ном. При выборе выключателя номинальные токи отключения и включения сопоставляют с установившимся током КЗ цепи 1_у независимо от момента размыкания контактов. Номинальное значение постоянной времени сопоставляют с соответствующим расчетным значением

I_{откл.ном =} I_{вкл.ном ?} I_у ;

Т_{а.ном ?} Т_а .

Расчетные значения тока и постоянной времени цепи должны быть определены без учета сопротивления выключателя и сопротивления дуги в месте КЗ. Номинальные значения постоянной времени указываются в информационных материалах заводов-изготовителей.

Заводы-изготовители гарантируют электродинамическую и термическую стойкость автоматических выключателей с расцепителями максимального тока во всем диапазоне токов, вплоть до номинальных токов включения и отключения.

Электромагнитные контакторы и пускатели

Электромагнитные контакторы предназначены для включений и отключений приемников энергии в нормальных режимах, в основном для управления электродвигателями переменного и постоянного тока. В отличие от автоматических выключателей контакторы не имеют расцепителей, реагирующих на изменение тока и отключающих электрическую цепь при перегрузках и КЗ.

Контакторы рассчитаны на частые включения и отключения -- до нескольких тысяч операций в час. Они обладают высоким механическим и коммутационным ресурсом. Коммутационная способность контакторов невелика. Она обычно не превышает 10-кратного значения номинального тока. Электродинамическая и термическая стойкость контакторов не нормируется. Расчетные значения тока и постоянной времени цепи должны быть определены без учета сопротивления выключателя и сопротивления дуги в месте КЗ. Номинальные значения постоянной времени указываются в информационных материалах заводов-изготовителей.

Заводы-изготовители гарантируют электродинамическую и термическую стойкость автоматических выключателей с расцепителями максимального тока во всем диапазоне токов, вплоть до номинальных токов включения и отключения.

Контакторы рассчитаны на частые включения и отключения -- до нескольких тысяч операций в час. Они обладают высоким механическим и коммутационным ресурсом. Коммутационная способность контакторов невелика. Она обычно не превышает 10-кратного значения номинального тока. Электродинамическая и термическая стойкость контакторов не нормируется.

В соответствии с ГОСТ 11206-77* для характеристики коммутационной способности контакторов переменного тока установлены четыре категории применения: АС₁, АС₂, АС₃ и АС₄. Для контакторов постоянного тока установлены три категории применения: ДС₁, ДС₂ и ДС₃. Каждая категория характеризуется относительными значениями коммутируемых токов, соответствующими напряжениями, коэффициентом мощности (для цепей переменного тока) и постоянной времени (для цепей постоянного тока). Так, например, контакторы категории АС₁ предназначены для включения и отключения печей сопротивления, неиндуктивной или слабо индуктивной нагрузки. Контакторы АС₂ предназначены для пуска электродвигателей с фазным ротором, для торможения противотоком. Контакторы АС₃ предназначены для пуска электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключения вращающихся электродвигателей. Контакторы АС₄ предназначены для наиболее тяжелых условий работы, а именно: для пуска электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключения неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей, для торможения противотоком.

Контакторы переменного тока выполняют трехполюсными, контакторы постоянного тока -- однополюсными и двухполюсными. Контактная система рассчитана на номинальный ток в продолжительном, прерывисто-продолжительном или повторно-кратковременном режимах, а также на соответствующее число включений и отключений. Особое внимание уделяют устранению вибрации контактов при включении, поскольку вибрация контактов резко увеличивает их износ.

Контакторы управляются дистанционно с помощью приводных электромагнитов. Последние служат для включения контактора и для удержания подвижной части в положении «включено». Схема управления контактора приведена на рис. 15.2. При нажатии кнопки 1 «включить» возбуждается приводной электромагнит 2. Якорь 3 притягивается и контактор включается.

При этом замыкаются блок-контакты 4, шунтирующие контакты кнопки «включить», и контактор удерживается в положении «включено» приводным электромагнитом. Последний рассчитывают на работу в продолжительном режиме. Чтобы отключить контактор, необходимо нажать кнопку 5 «отключить». При этом размыкается цепь приводного электромагнита и подвижная часть контактора отходит от неподвижной под действием возвратной и контактных пружин, а также массы подвижной части. Контактор может быть также включен автоматически через контакты 6 реле К1, а также отключен автоматически через контакты 7 реле К2.

На рис. 15.3 приведена конструктивная схема контактора постоянного тока рычажно-поворотного типа. Подвижная система показана в положении «отключено». Приводной электромагнит обесточен, главные контакты 5, 6 разомкнуты. При замыкании цепи приводного электромагнита 7 якорь 2 притягивается к сердечнику 3, преодолевая противодействие возвратной пружины 4, и главные контакты 5, 6 замыкаются. Соприкосновение их происходит раньше, чем якорь электромагнита полностью притягивается к полюсному наконечнику. По мере дальнейшего движения якоря подвижный контакт поворачивается около точки А. При этом давление в контактах увеличивается вследствие дополнительного сжатия контактной пружины 7. Для гашения дуги, образующейся на контактах в процессе отключения, предусмотрена дугогасительная камера с электромагнитом 8. Под действием поперечного магнитного поля последовательно включенной катушки дуга удлиняется, втягивается в щели дугогасительной камеры и гаснет. Гибкая связь 9 из медной фольги или тонкой проволоки обеспечивает свободное перемещение подвижного контакта в процессе включения и отключения. Конструктивная схема рис. 15.3 получила применение для контакторов постоянного и переменного тока, в особенности для контакторов, предназначенных для тяжелых режимов работы.

Другой распространенный тип контакторов -- прямоходовой. Соответствующая конструктивная схема применительно к контактору переменного тока приведена на рис. 15.4. Для включения контактора необходимо замкнуть цепь приводного электромагнита 1. Якорь 2 притянется к сердечнику и контакты 3, 4 замкнутся. Для отключения контактора приводной электромагнит должен быть обесточен. Возвратная пружина 5 поднимет контактную траверсу. На контактах образуются дуги, которые втягиваются в зазоры между металлическими пластинами 6 и гаснут.

Магнитную систему контакторов переменного тока набирают из тонких полированных друг от друга стальных пластинок. Магнитный поток изменяется синусоидально, а сила притяжения якоряя, пропорциональная квадрату магнитного потока, пульсирует с двойной частотой, не изменяя своего направления, от О до Р_тах. В этих условиях якорь электромагнита под действием возвратной пружины будет дважды в течение каждого периода отрываться от сердечника и вновь притягиваться. Вибрация якоря сопровождается шумом и приводит к износу магнитной системы. Для устранения вибрации полюсы электромагнитов переменного тока снабжают коротко-замкнутыми витками 7, в которых индуктируется ЭДС, появляются токи и соответствующие магнитные потоки, сдвинутые по фазе по отношению к основному потоку на угол, близкий к 90°. При таком устройстве сила притяжения якоря пульсирует от некоторого минимального значения, превышающего силу сопротивления возвратной пружины, до максимального значения Р_тах. Таким образом вибрация якоря может быть устранена.

Магнитные пускатели

Такое название получили трехполюсные контакторы переменного тока с пристроенными в фазах тепловыми реле для защиты электродвигателей от перегрузки недопустимой продолжительности. В магнитных пускателях предусматривается также нулевая защита, предотвращающая самопроизвольное включение пускателя при восстановлении исчезнувшего напряжения. Магнитные пускатели предназначены для работы в категории применения АС₃.

Электрическая схема магнитного пускателя и его конструкция показаны на рис. 15.5. При нажатии кнопки «пуск» ВСС подается питание в катушку пускателя YAТ через размыкающиеся контакты тепловых реле KSA1 и KSA2 и кнопку «стоп» ВСТ. Якорь 2 электромагнита 1 притягивается к сердечнику 3. При этом неподвижные контакты 4 замыкаются подвижным контактным мостиком 5. Нажатие в контактах обеспечивается пружиной 6. Одновременно замыкаются блок-контакты KB, шунтирующие кнопку «пуск» ВСС. При перегрузке электродвигателя срабатывают оба или одно тепловое реле 7, цепь катушки размыкается контактами KSA1 и KSA2. При этом якорь 2 больше не удерживается сердечником и под действием собственной массы и пружины 8 подвижная система переходит в отключенное положение. Двукратный разрыв в каждой фазе и закрытая камера 9 обеспечивают гашение дуги без особых устройств. Точно так же происходит отключение пускателя при нажатии кнопки «стоп» ВСТ. Для защиты электродвигателя от КЗ в цепь включены плавкие предохранители F.

Выбор контакторов и магнитных пускателей производится в соответствии со сказанным выше по номинальному напряжению, номинальному току и категории применения. Проверки на электродинамическую и термическую стойкость не требуется.

Неавтоматические выключатели

Назначение неавтоматических выключателей переменного и постоянного тока до 1 кВ: 1) изолировать отдельные части установки, участки сети от напряжения для безопасного ремонта; 2) включать и отключать электрические цепи в нормальных режимах при рабочих токах, не превышающих 0,2 -- 1,0 номинального тока выключателя (в зависимости от конструкции).

Операции включения и отключения выполняются только вручную с помощью простейших рычажных приводов. Неавтоматические выключатели не участвуют в защите цепей при перегрузках и КЗ. Дугогасительные устройства, как правило, отсутствуют.

Выключатели рубящего типа, получившие название рубильников, выполняют для напряжений до 660 В переменного тока (двухполюсными и трехполюсными) и до 440 В постоянного тока (двухполюсными и однополюсными). Номинальные продолжительные токи находятся в пределах от 100 до 5000 А, в некоторых случаях и выше.

Номинальный ток отключения обычно меньше номинального. Исключение составляют рубильники, снабженные простейшими дугогасительными устройствами.

Отключающая способность таких рубильников равна номинальному току. Электродинамическая и термическая стойкость рубильников зависит от номинального тока. С увеличением последнего стойкость при КЗ увеличивается.

Рубильники обычно снабжают линейными контактами с пружинами, обеспечивающими продолжительную работу без чрезмерного повышения температуры. Токоведущая система рубильника не защищена от случайного прикосновения.

Поэтому их устанавливают так, чтобы металлическая панель распределительного щита защищала оператора от прикосновения к токоведущим частям и ожогов дугой, образующейся на контактах при отключении. Рукоятку управления выносят на лицевую сторону панели (рис. 15.6).

Пакетные выключатели и переключатели

Выключатели этого типа состоят из ряда пакетов, связанных общим валом (рис. 15.7).

Неподвижные клиновидные контакты расположены парами по окружности пакета. Они могут быть установлены в любом из четырех положений. Подвижные контакты каждого пакета в виде ножей укреплены на валу. Последний приводится во вращение с помощью рукоятки, вынесенной на лицевую сторону щита. При повороте рукоятки сначала натягиваются пружины, затем освобождается фиксирующая шайба и подвижные контакты поворачиваются на 90°. Происходит включение. Благодаря заводной пружине скорость движения контактов не зависит от оператора.

Выключатели могут быть собраны из нескольких (от двух до семи) пакетов с различным числом полюсов, коммутационных положений и с подвижными контактами различной конфигурации. В результате можно получить разнообразные схемы выключателя. Пакетные выключатели получили широкое применение вследствие компактности и простоты. Их изготовляют для напряжений до 380 В переменного тока и 220 В постоянного тока с номинальным током от 10 до 400 А.

Разновидностью пакетных выключателей являются пакетно-кулачковые выключатели и переключатели типа ПКП. Они имеют более надежную контактную систему и простейшие дугогасительные устройства. Их изготовляют для напряжений до 660 В, с номинальным током от 10 до 160 А и номинальным током отключения от 90 до 570 А.

Размещено на Allbest.ru