Воздушные автоматы что это

Автоматические воздушные выключатели

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) служат для автоматического отключения электрической цепи при возникновении в ней перегрузки, короткого замыкания, снижении напряжения ниже установленного значения, изменении направления передачи энергии. Они применяются также в качестве коммутирующих аппаратов ручного управления для нечастых включений и отключений потребителей электрической энергии, например, электродвигателей небольшой мощности. «Воздушными» автоматические выключатели называют потому, что гашение электрической дуги на коммутирующем контакте происходит в воздушной среде. Узел защиты с автоматическим выключателем (АВ) рассмотрен в п. 5.1, рис. 5.1а.

В зависимости от типа АВ может выполнять одну или несколько функций защиты. Например, установочный автомат в большинстве исполнений защищает электрическую цепь от короткого замыкания и от перегрузки. Для этого в нем предусмотрены воспринимающие элементы – расцепители, аналогичные по принципу действия воспринимающим элементам электромагнитного реле максимального тока и электротеплового реле. Автомат, защищающий электрическую цепь от чрезмерного снижения напряжения, имеет рацепитель, подобный воспринимающему элементу электромагнитного реле минимального напряжения.

Максимальный расцепитель (реагирующий на ток короткого замыкания) и минимальный расцепитель (реагирующий на снижение напряжения) по существу представляет собой электромагнитный механизм (см. [1], п. 4.1) с якорем, втягивающимся в катушку под действием электромагнитной силы тяги. Якорь воздействует на защелку механической передачи (см. [1], п. 3.2), которую (МП) называют механизмом свободного расцепления. Для этого механизма предусматривают также ручной привод, чтобы человек мог осуществлять включение и выключение автомата.

В автоматических выключателях, выполняющих функцию защиты от изменения направления передачи энергии (от «обратного тока», от «обратной мощности») есть независимый расцепитель, выполненный как электромагнитный механизм. В некоторых автоматах используются расцепители, работающие по принципу электродинамического преобразователя (см. [1], п. 3.4.), а также полупроводниковые расцепители.

Автоматический воздушный выключатель с несколькими видами защит представлен структурной схемой на рис. 5.7.

Автоматический воздушный выключатель (АВВ) воздействует на контролируемую им электрическую цепь (ЭЦК) коммутирующим контактом (КК), изменяя сопротивление (R_K) цепи. При разомкнутом КК приемник электрической энергии (ПЭЭ) отключен от питания со стороны источника электрической энергии (ИЭЭ). Количество коммутирующих (главных) контактов может быть от одного до трех. В контактной системе предусматривают устройства гашения электрической дуги, обычно, дугогасительные решетки (см. [1], п. 2.8). В некоторых автоматах устанавливают дополнительные дугогасительные контакты, и могут быть предусмотрены вспомогательные контакты для коммутации слаботочных цепей сигнализации и управления.

В зависимости от типа автомата его узел расцепителей (УР) состоит из определенной комбинации расцепителей из следующего состава:

Р1 – расцепитель минимального напряжения U (минимальный расцепитель, реагирующий на снижение напряжения);

Р2 – расцепитель максимального тока I (максимальный расцепитель, реагирующий на ток короткого замыкания);

Р3 –независимый расцепитель, на который подается сигнал U_нпэ, несущий информацию, например, об изменении направления передачи энергии в цепи ЭЦП;

РТ – расцепитель тока перегрузки (тепловой расцепитель, реагирующий на ток пергрузки).

Узел УР установочного автомата с комбинированным расцепителем состоит из расцепителей Р2 и РТ. Универсальный автомат имеет расцепители Р1, Р2. В зависимости от назначения и по составу узла расцепителей выделяют также максимальные автоматы по току, минимальные автоматы по току, максимальные автоматы, реагирующие на производную тока по времени, и др. [9]. Для построения селективно действующей защиты в АВ предусматривают возможность регулировки тока и времени срабатывания.

Каждый из расцепителей независимо воздействует на механизм свободного расцепления (МСР), снимая упор с защелки механической передачи (см. [1] п. 3.2). Это приводит к размыканию коммутирующих контактов КК. Поэтому отключение поврежденного участка электрической цепи ЭЦК и приемника ПЭЭ произойдет тогда, когда хотя бы один из контролируемых параметров цепи ЭЦК выйдет за пределы области допустимых значений, определенной соответствующими уставками расцепителей. Включение автомата для замыкания электрической цепи ЭЦК и отключение автомата для размыкания цепи производится человеком воздействиями х_вкл и х_отк на рычажный или кнопочный орган ручного управления (ОрУ) автомата (рис. 5.7).

На рис. 5.8а приведена электрическая схема, иллюстрирующая подключение установочного автомата к трехфазной сети и его условное обозначение на схеме. Действие автомата (QF) при автоматическом отключении двигателя (М) комбинированным расцепителем максимального тока и тока перегрузки представляют с помощью времятоковой характеристики, которую приводят в паспорте автомата. Типовой вид времятоковой (защитной) характеристики установочного автомата с комбинированным расцепителем изображен на рис. 5.8б.

Участок a-b времятоковой характеристики создается электротепловым расцепителем, выполняющим функцию защиты по току перегрузки при I >I_РТ, где I_РТ — уставка тока срабатывания электротеплового расцепителя (при t_ср>>Т_Р – см. п. 5.3). Участок c-d обусловлен действием электромагнитного расцепителя максимального тока. Время срабатывания τ_ср автоматического выключателя от электромагнитного расцепителя практически не зависит от силы тока I, если сила тока превышает уставку I_РЭМ электромагнитного расцепителя.

В зависимости от быстродействия выделяют: 1) нормальные автоматы, собственное время срабатывания которых составляет 0,02…0,1 с; 2) селективные автоматы, обеспечивающие выдержку на отключение до 1 с; 3) быстродействующие автоматы, время срабатывания которых составляет тысячные доли секунды.

Автоматы выпускаются на переменные напряжения от 220 до 660 В и постоянные напряжения от 110 до 440 В. Наибольшее применение получили автоматы следующих серий:

АЗ000 – наиболее распространенная серия. Рассчитаны на переменные напряжения 380, 660 В, постоянные напряжения до 440 В. Отключаемые токи (коммутационная способность) до 60 кА.

АЕ1000, АЕ2000 — для защиты цепей и электроприемников от перегрузки и коротких замыканий. Напряжения: переменные 380, 660 В, постоянные 110, 220 В. Отключаемые токи от 1 до 10 кА.

«Электрон» — для установки в распределительных устройствах на постоянное напряжение до 440 В и переменное до 660 В. Отключаемый ток от 50 до 160 кА.

Автоматические воздушные выключатели серии АП-50 применяют на напряжение до 500 В переменного тока и до 220 В постоянного тока. Ручной привод имеет две кнопки – одну на включение, другую на отключение автомата. Выключатель имеет электромагнитный расцепитель и электротепловой расцепитель. Номинальный ток расцепителей до 50 А. Уставку электротеплового расцепителя можно регулировать на 30…40% в сторону уменьшения относительно номинального тока.

Автоматы выбирают по числу полюсов, по номинальным значениям тока и напряжения. Номинальные значения напряжения U_Нав и тока I_Нав автомата по отношению к номинальному значению напряжения сети U_Нсети и номинальному току нагрузки (двигателя) I_Ндв должны удовлетворять следующим условиям:

Уставки I_РТ , I_РЭМ токов для защиты двигателя электропривода обычно определяют следующим образом:

для электротеплового расцепителя (защита от перегрузки) – по номинальному току двигателя I_Ндв,

для электромагнитного расцепителя (защита от короткого замыкания) – по наибольшему значению тока какого-либо переходного процесса I_пер (пуск, реверс, торможение),

Предельный ток отключения автомата должен быть не менее возможного тока короткого замыкания в цепи.

Устройства защиты двигателя мотор-автоматы (серии MS, GV, отечественных аналогов пока нет) с комбинированным расцепителем специально разработаны для применения в цепях защиты электродвигателей. Они имеют некоторые особенности:

• выпускаются только в трехполюсном исполнении;

• рассчитаны на номинальные токи от 16 до 100 А;

• номинальный ток двигателя устанавливается на автомате (серии GV) с помощью регулироволчного диска;

• имеют точную подстройку теплового расцепителя;

• уставка электромагнитного расцепителя составляет, как правило,

(12 … 14)I_Нав, что соответствует работе автомата на индуктивную нагрузку (режим пуска АС-3);

• выключатели имеют высокую электродинамическую стойкость – до 100 кА;

• выключатели имеют на корпусе рычаг или кнопки ручного включения и отключения нагрузки;

• конструкция корпуса позволяет объединить в единый компактный блок автомат и согласованный с ним по габаритам пускатель;

• выключатели имеют либо встроенные, либо навесные быстромонтируемые дополнительные контакты, срабатывающие при перегрузках и короткихзамыканиях;

• глубина защиты электродвигателя может быть повышена за счет отдельно поставляемых быстромонтируемых элементов – независимого расцепителя и реле минимального напряжения.

Воздушный автоматический выключатель

Воздушный автоматический выключатель (силовой автоматический выключатель, автоматический выключатель) — электрический аппарат, который способен включать, проводить и отключать электрический ток в любых рабочих условиях электрической цепи, рисунок 1. Автоматическое отключение электрической цепи происходит при перегрузках, К.З., чрезмерном понижении или повышении напряжения, направления мощности и т. д. Отключение токов перегрузки и короткого замыкания автоматическим выключателем должно производиться в соответствии с заданными времятоковыми характеристиками.

Требования к автоматическому выключателю.

Современный автоматический выключатель (автомат) должен отвечать, прежде всего, двум требованиям: надежно защищать электроприемники в аварийных режимах от короткого замыкания и перегрузки, а также быть удобным и безопасным в эксплуатации на протяжении всего срока службы. Эти требования также учитывают специфику применения отдельного взятого выключателя, таких как частота переключений, повышенные требования к виброустойчивости, свободному пространственному положению, агрессивная внешняя среда ускоряющая коррозию металла, а также влияние температуры и влажности окружающей среды буть это тропики или же суровые климатические условия России при предельно низких температурах в тяжелых субарктических условиях. Надежная работа автоматического выключателя по предотвращению коротких замыканий и перегрузок увеличивает срок службы электроприемников за счёт ограничения тепловых и электродинамических воздействий на них, а также предотвращает технологические потери, которые могут быть вызваны перерывом электроснабжения, что в свою очередь может привести косвенные ущербы, в том числе репутационные.

Российские и международные стандарты

В России выключатели должны соответствовать ГОСТ Р 50345-99, ГОСТ Р МЭК 60898-2-2006, ГОСТ Р 50030.2-99 и «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» ФЗ № 123 от 22.07.2008 г. В Европе определения и требования к выключателям описываются в стандарте IEC60947-1 и IEC60947-2 (VDE 0660). В Японии действует стандарт JIS C 8201-2-1,в Соединенных Штатах стандарт ANSI C37.13. В соответствии с российскими требованиями к автоматам также предъявляются следующие требования:

1. Токоведущая цепь автомата должны пропускать номинальный ток в течение сколь угодно длительного времени.
2. Автомат должен обеспечивать многократное отключение предельных токов КЗ, достигающие сотен килоампер. После отключения этих токов автомат должен быть пригоден для длительного пропускания номинального тока.
3. Для обеспечения электродинамической и термической стойкости электроустановок, уменьшения разрушений и других последствий, вызываемых токам КЗ, автоматы должны иметь малое время отключения.
4. С целью уменьшения габаритных размеров НКУ и повышения безопасности обслуживания необходима минимальная зона выхлопа нагретых и ионизированных газов в процессе гашения дуги. Необходимо также уменьшение габаритных размеров самого выключателя.
5. Элементы защиты выключателя (электронный расцепитель)должны обеспечивать необходимые токи и времена срабатывания и селективность, для этого они имеют регулировку тока и времени срабатывания.

КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

1. конструкция, открытое воздушное (АСВ) или компактное в литом корпусе (МССВ) исполнения,
2. размещение в распределительном устройстве, стационарное или выкатное расположение,
3. принцип гашения дуги, с токоограничением и без токоограничения.

Типы конструкций автоматических выключателей.

Компактное исполнение выключателей (автоматические выключатели в литом корпусе) подразумевает наличие изоляционного корпуса в котором заключены все компоненты выключателя, рисунок 2. Такие выключатели могут быть спроектированы до 3200А и номинальным током отключения до 35кА. Изоляционный корпус изготавливается из специальной термореактивной пластмассы, состав которой при воздействии дуги и открытого пламени не поддерживает горение.

Открытое исполнение выключателей (воздушные автоматические выключатели) как правило имеет металлический корпус, и размер много больше чем выключатели в литом корпусе. Эти выключатели могут применяться в сетях до 6300А и номинальным током отключения к.з. до 135кА. Воздушный автоматический выключатель.

Принципы гашения дуги

Автоматические выключатели без токоограничения отключают переменный ток в момент его естественного прохождения через ноль. Размеры контактных поверхностей главных контактов выбираются по термической стойкости таким образом, чтобы иметь возможность пропустить весь установившийся ток КЗ. Все нижестоящие электроприемники и аппараты подбираются также в соответствии с этим условием. Принцип гашения дуги с токоограничением заключается в ограничении токов короткого замыкания благодаря достижению создателями выключателя малого собственного времени отключения и быстрому расхождению главных контактов. К моменту расхождения главных контактов ток короткого замыкания не достигает установившегося значения за первый полупериод, такой автомат отключает ток КЗ значительно меньший. Для получения токоограничения в современных автоматах используются устройства, реагирующие не на ток а на скорость его нарастания. Ограничение пикового значения токов КЗ значительно уменьшает стрессовое воздействие его на систему. На рисунке 3 показана диаграмма переходного процесса развития неограниченного тока короткого замыкания (красным цветом) и область ограниченного тока короткого замыкания (зелёным цветом) с меньшим пиковым значением. площадь которого пропорциональна энергии короткого замыкания выбрасываемой в сеть.

Сравнивая площади участков под данными кривыми, можно видеть снижение удельной энергии рассеивания в результате ограничивающего действия выключателя.

КОНСТРУКЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Конструкция автоматического выключателя показана на рисунке 4.

Сердцем автоматического выключателя является дугогасительная камера и система главных контактов, то есть там, где непосредственно идет разрыв и гашение дуги. Наиболее быстрое отключение токов короткого замыкания сегодня достигается в современных выключателях благодаря применению технологии «двойного разрыва». Система двойного разрыва главных контактов гарантирует мгновенное отключение токов короткого замыкания и существенно уменьшает износ главных контактов. Симметричная внутренняя структура контактов, использующих технологию двойного разрыва означает, что подвижный контакт будет изолирован от источника напряжения при изменении направления силового подключения. Система двойного разрыва главных контактов увеличивает срок эксплуатации автоматического выключателя, а электрический и механический ресурс циклов замыкания/размыкания контактов данного типа превышает требования стандарта IEC 60947-2.

Отсутствие винтовых соединений и гибких выводов позволяет существенно увеличить срок службы главных контактов, а также способствует повышению надежности операции включения и выключения АСВ.

В японских выключателях серии TemPower2 вся энергия дуги рассеивается в специально разработанной дугогасительной камере двойного разрыва. С помощью такой конструкции удалось достичь того, чтобы вся энергия полностью рассеивалась внутри АСВ, позволяя тем самым свести расстояние между автоматом и любой заземленной металлической частью к нулю. Такое решение позволяет уменьшить размеры и стоимость распределительного щита. История компании началась в 1924 году когда были разработаны первые прототипы автоматических выключателей, и непрерывно связана с передовыми разработками в области коммутации переменного и постоянного тока. Эти уникальные японские технологии известны и популярны в Европе и во всем мире уже более 50 лет. Технологии, разработанные и запатентованные японской компанией можно встретить в продукции всех известных производителей защитного коммутационного оборудования. Применение разных систем дугогашения и охлаждения в выключателе у разных производителей также приводит к различным габаритным показателям. Рассмотрим габаритные показатели 3х полюсных выключателей выкатного исполнения до 2000А наиболее распространенных производителей в порядке убывания глубины:

1. глубина выключателя ARION (OEZ) 412,5 мм.
2. глубина выключателя Ace-MEC (LG) 400 мм.
3. глубина выключателя Емах (АВВ) 393,5 мм.
4. глубина выключателя Masterpact NW (Schneider Electric) 394,5 мм.
5. глубина выключателя TemPower2 (Terasaki) 385 мм.

Автоматический выключатель АСВ в сборе представляет собой автоматический выключатель укомплектованный необходимыми принадлежностями и аксессуарами в соответствии с требованиями установки. Выкатное исполнение выключателя также содержит ответную часть — выкатное шасси, стационарное исполнение выключателей не содержит шасси. Выключатели укомплектовываются одним или неколькими типами расцепителей, которые являются одной из главных принадлежностей и выполняют основные функции защиты. Выключатели могут быть укомплектованы также: моторным приводом, катушкой включения, дополнительными контактами и т. д. Разнообразие принадлежностей и аксессуаров позволяет удовлетворить потребности заказчиков из разных отраслей народного хозяйства и промышленности.

ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Выбор автоматических выключателей производится исходя из номинального напряжения сети, номинального тока и коммутационной способности отключения токов короткого замыкания. Различают два основных параметра коммутационной способности всех моделей автоматических выключателей это — номинальный рабочий ток короткого замыкания Ics, отключающая способность по этому параметру определяется в испытательном цикле О-t-CO-t-CO и предельный (максимальный) ток короткого замыкания Icu, определяемый в испытательном цикле О-t-CO , где О — операция отключения, С- операция включения, СО — последовательный цикл включено-отключено, t - время простоя между циклами включения равный 3 минутам. Номинальный эксплуатационный ток короткого замыкания Ics определяет предельную нагрузку на выключатель. В стандарте нет четких преференций и условий какой из параметров и его значение являются доминирующими при проектировании сетей. Однако при проектировании и использовании выключателей для ответственных объектов и электроприемников первой и выше категорий (государственно важные и социально значимые объекты, предприятия с непрерывной технологией и т. д.) рекомендуется использовать значение номинального рабочего тока короткого замыкания Ics. Другим важным параметром является номинальный кратковременно выдерживаемый ток короткого замыкания Icw, который определяет способность автоматического выключателя пропускать ток короткого замыкания (устойчивость) за время, в течение которого нижестоящие коммутационные аппараты успевают локализовать место повреждения. Этот параметр крайне важен для обеспечения селективности в сети по условию отключения короткого замыкания. При проектировании также учитываются категория применения, условия окружающей среды в том числе средняя температура, специфику установки и монтажа.

Категория применения определяется в зависимости от конструкции выключателей в отношении их применения и требований к селективности. Различают категорию А для выключателей которые не подразумевают их использование в условиях выбора селективности, то есть применения принципа токоограничения, и категорию В для выключателей которые проектируются при требованиях селективности коммутационных аппаратов связанных между собой, в этом случае выключатели отвечают требованиям токоограничения. Для выключателей категории В как раз важно значение номинального кратковременно выдерживаемого тока короткого замыкания Icw и Принципиальное значение при выборе и проектировании автоматических выключателей имеет место защитные характеристики, которые в общем делятся на четыре типа: L — защита от перегрузки, с уставками регулируемыми по току и времени для отключения аварий, уставка по времени имеет обратнозависимый характер и обеспечивает регулируемую задержку срабатывания автоматического выключателя при перегрузке. S — селективная токовая отсечка, с заданными временными характеристиками и возможностью обеспечить линейное изменение I2t характеристики автоматического выключателя I — мгновенная токовая отсечка, с уставками регулируемыми по току, G — защита от замыкания на землю, с уставками регулируемыми по току и обратнозависимыми или заданными временными характеристиками.

Характеристики: L — Регулируемая по току и времени защита от перегрузки, S — селективная токовая отсечка, I — мгновенная токовая отсечка. Защитные функции воздушных автоматических выключателей реализованы в составе электронных блоков защит (чаще всего обозначаются сокращенно OCR — от английского Overcurrent Release). Современные аппараты оснащены электронным блоком защиты (OCR), который отслеживает действующее (среднеквадратическое) значение тока, протекающего через ACB и обеспечивает ряд дополнительных защитных функций в отличие от обычного максимального расцепителя тока, которыми ранее комплектовались автоматические выключатели старых поколений. В составе автоматических выключателей в литом корпусе защитные функции могут быть реализованы с помощью электронных расцепителей либо термомагнитных реле. Благодаря наличию электронных блоков защит (OCR) потребителю не нужно прибегать к нескольким защитным реле, монтируемым на панель —современные выключатели оснащены электронными блоками защит с обратнозависимой выдержкой времени (IDMT). Такой блок защиты срабатывает с выдержкой времени, находящейся в обратной зависимости от значения сверхтока. Для обеспечения селективности защиты выключателя имеют ряд гибких время-токовых характеристик: S. I. — обратнозависимая выдержка времени V. I. — очень обратнозависимая выдержка времени E. I. — чрезвычайно обратнозависимая выдержка времени Все характеристики регулируются пользователем и соответствуют стандарту IEC 60255-3. Также доступны стандартные характеристики для защиты трансформаторов и генераторов. Время-токовые характеристики отражают зависимость времени срабатывания расцепителя от значения сверхтока.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Отдельно нужно остановиться на специальных применениях выключателей, например для речного и морского исполнения.

Работа в тропическом климате

Автоматические выключатели и аксессуары испытываются в соответствии со Стандартом IEC 60068-2-30 путем выполнения 2 рабочих циклов при 55 °C. Поэтому пригодность выключателей для применения в жарком и влажном климате обеспечивается благодаря: — литому изолирующему корпусу, изготовленному из синтетических смол, армированных стекловолокном; — антикоррозионной обработке основных металлических частей; — оцинковыванию Fe/Zn 12 (ISO 2081) с защитным слоем, не содержащим шестивалентного хрома, с такой же коррозионной стойкостью согласно требованиям стандарта ISO 4520, класс 2c; — применению специальной защиты от конденсатообразования для электронных расцепителей и соответствующих аксессуаров.

Устойчивость к ударному воздействию и вибрации (морское исполнение)

Автоматические выключатели не подвержены влиянию вибраций, вызванных механическими или электромагнитными воздействиями, в соответствии со Стандартом IEC 60068-2-6 и техническими условиями следующих организаций:

• — RINA
• — Det Norske Veritas
• — Bureau Veritas
• — Регистр Ллойда
• — Germanischer Lloyd
• — Nippon Kaiji Kyokai
• — Korean Register of Shipping
• — ABS
• — Российский морской регистр судоходства

Согласно Стандарту IEC 60068-2-27, автоматические выключатели так же испытываются на стойкость к ударным воздействиям до 12 g в течение 11 мс.

Автоматические выключатели с полноразмерной нейтралью

Исполнение автоматических выключателей с полноразмерной нейтралью используется в особых случаях, когда присутствие третьей гармоники на отдельных фазах может привести к очень высокому току в нейтрали. Среди обычных областей применения: установки с нагрузками, имеющими высокие гармонические искажения (компьютеры и электронные устройства в целом), системы освещения с большим количеством флуоресцентных ламп, системы с инверторами и выпрямителями, системы бесперебойного электроснабжения (UPS), а также системы для регулирования скорости электродвигателей.

Что такое воздушный автоматический выключатель?

Процесс «разрыва» высоковольтных электроцепей сопровождается образованием мощного дугового разряда. В некоторых случаях, например при отключении линии 100 кВ с большим током нагрузки, температура плазмы внутри электродуги может достигать 15000°С, что вполне достаточно для вывода из строя не только контактной группы, а и всей несущей конструкции выключателя нагрузки.

Чтобы не допустить такого развития событий, коммутаторы высокого напряжения должны обладать возможностью гашения дугового разряда, в противном случае их срабатывание будет одноразовым. По этой причине дугогасительные камеры считаются самым важным элементом автоматических выключателей. Их конструкция стала критерием при разделении выключателей на следующие типы:

• Элегазовые, в таких выключателях используются специальные камеры, наполненные газовым составом на основе фтористой серы.
• Вакуумные аппараты. Гасят электрическую дугу в камерах с откаченным воздухом.
• Масляные и маломасленые выключатели, где в качестве дугогасящего наполнителя используется трансформаторное масло.
• Воздушные. Разряд гасится воздушным потоком.

Поскольку наша тема посвящена последним, рассмотрим подробно, что они из себя представляют.

Как устроен автоматический воздушный выключатель

Когда отключается нагрузка мощных электрических приборов, расходящиеся контакты образовывают своеобразную дугу. Ее сила может быть равна номинальному току. Такая дуга, появляется в результате повышения температуры и образования плазмы и может плавить контакты коммутационного устройства, а также вызывать КЗ. Стоит ли говорить, что это обычно приводит к выводу из строя дорогостоящей техники. Для защиты от действий данной дуги была разработана дугогасительная камера, которая установлена в автоматический воздушный выключатель. Его конструкцию вы можете найти на одном из изображений, представленных в сети.

Чтобы не допускать ошибок в использовании воздушного выключателя, следует внимательно изучить его конструкцию.

Что такое “воздушный выключатель”?

Такой термин применяется к высоковольтным коммутационным устройствам, использующим воздушные потоки для подавления разряда, проявляющегося при рабочем или аварийном срабатывании.

Воздушные выключатели на атомной электростанции Salem (США)

Для нормального функционирования таких устройств необходимо дополнительное оборудование, куда входят:

• Компрессорные установки для нагнетания необходимого давления воздуха.
• Ресиверы (емкости для хранения воздушной смеси под давлением).
• Пневмопроводы, по которым подается сжатый воздух в дугогасительные модули и пневматический привод (если таковой используется для разрыва цепи).

Подробно конструкция воздушного выключателя будет рассматриваться отдельно.

Устройство

При отключении нагрузки, мощных потребителей, между расходящимися для отключения контактами возникает дуга, по силе не уступающая номинальному току. Во время данного явления образуется плазма, рост температуры, в результате чего может образоваться неконтролируемая самоподдерживающаяся дуга, способная расплавить контакты коммутатора и даже перекинутся на соседнюю фазу, вызвав фазное короткое замыкание, что может закончится выводом из строя дорогостоящего оборудования. Чтобы избежать подобного явления, было разработано устройство — камера дугогашения.

Наглядно конструкция воздушного выключателя рассмотрена на схеме ниже (нажмите на картинку для увеличения):

Структура условного обозначения

Ниже на рисунке приведена структура обозначений электрических коммутационных аппаратов в соответствии с номами ГОСТ 687 78.

Структура маркировки выключателей

Обозначения:

1. Может быть от двух до пяти литер. Первая указывает на тип изделия, для выключателей это «В». Остальные характеризуют конструктивные особенности и другие существенные характеристики, такие как исполнение, тип установки и т.д. Например, выключатели серии ВВБ: первая буква говорит, что это выключатель (В), вторая указывает категорию – воздушный (В), третья на тип исполнения – баковый (Б). Также можно привести серию ВВШ, где «Ш» указывает на применение в электрической схеме выключателя шунтированных резисторов.
2. Отображение номинального напряжения прибора (кВ).
3. Для выключателей с 1-й категорией размещения указывается группа утечки изоляции (буквы «А», «Б», «В»).
4. Номинальное значение тока отключения (кА).
5. Отображение номинального тока коммутатора (А).
6. Вариант климатического исполнения.
7. Обозначение категории размещения.

Для примера расшифруем обозначение выключателя ВВБК-110-35/2000 У2. Исходя из маркировки это воздушный выключатель бакового типа в крупномодульном исполнении (литера «К» в обозначении модели). Устройство предназначено для коммутации цепей на 110,0 кВ с током отключения 35,0 кА и рабочим — 2000,0 А. Может эксплуатироваться в климатических условиях близких к умеренным.

Выключатели серии ВВБК

Автоматические выключатели серии ВА07

Автоматические выключатели серии ВА07 (международная электротехническая компания ИЭК) — серия многофункциональных аппаратов защиты от сверхтоков на номинальные токи от 80 до 6000 А (табл. 8—7.10).

Область применения — электроустановки промышленного и гражданского назначения. В зависимости от условий применения возможно изготовление выключателей, предназначенных для эксплуатации в тропическом, холодном климате, в условиях агрессивной среды и др.

Впервые в мире в автоматических выключателях ВА07 применен принцип двойного разрыва контактов в каждом полюсе.

Уникальная конструкция главных контактов позволяет обеспечить кратковременный выдерживаемый ток (1 с), равным предельной отключающей способности для всех типоисполнений. Полная селективность гарантирует определение любых повреждений системы электроснабжения.

Выключатель ВА07 — один из наименьших аппаратов в мире по глубине, что позволяет сэкономить место в распределительном щите.

Достоинства выключателей ВА07:

• уникальная запатентованная система дугогашения Double Break;

• повышенная электродинамическая стойкость;

• использование электронного расцепителя, обеспечивающего защиту от длительной перегрузки; защиту от короткого замыкания; регулируемую функцию мгновенного отключения.

Таблица 8. Габариты автоматических выключателей серии ВА07, мм

Cерии	Номинальный ток, А
	800—2000	1250—2000	2500—3200	1600—3200	4000
Стандартная	354x345x460	—	400x345x460	—	631x375x460
C высокой отключающей способностью	—	354x345x460	—	400x345x460

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

Выключатель и предохранитель

Перегрузки в сети способны привести к возгоранию или как минимум к порче установленного электрооборудования. Для предотвращения таких ситуаций используется воздушный выключатель для STP 100 и предохранитель, механизм действия которых заключается в прерывании тока, но при этом каждый из них имеет свои особенности. Основная часть предохранителя представлена металлическим элементом, расплавляемым при чрезмерном нагреве. Воздушный выключатель использует специальный механизм, который срабатывает на критическое напряжение, также устройство после реагирования достаточно привести в действие, в то время как предохранители зачастую приходится заменять на новые, но их главным преимуществом является быстрая скорость срабатывания.

Также стоит отметить, что в зависимости от условий эксплуатации каждый из вариантов является более предпочтительным. Предохранители реализуются во всех магазинах сопутствующих товаров и отличаются невысокой стоимостью. Быстрое реагирование на превышение напряжения позволяет обеспечить надежную защиту для устройств, отличающихся высокой чувствительностью.

Помимо возможности сброса, воздушный выключатель 110 кВ обладает множеством других положительных сторон. К примеру, можно сразу определить среагировавшее устройство и быстро привести его в работу.

Устройство и конструкция воздушного выключателя

Рассмотрим, как устроен воздушный выключатель на примере силового коммутатора ВВБ, его упрощенная конструктивная схема представлена ниже.

Типовая конструкция воздушных выключателей серии ВВБ

Обозначения:

• A – Ресивер, резервуар в который накачивается воздух пока не образуется уровень давления соответствующим номинальному.
• В – Металлический бак дугогасительной камеры.
• С – Торцевой фланец.
• D – Конденсатор делителя напряжения (в современных конструкциях выключателей не применяется).
• E — Штанга крепления подвижной контактной группы.
• F – Фарфоровый изолятор.
• G – Дополнительный дугогасительный контакт для шунтирования.
• H – Шунтирующий резистор.
• I – Клапан подачи струи воздуха.
• J – Труба импульсного воздуховода.
• K – Основной подвод воздушной смеси.
• L – Группа клапанов.

Как видим, в данной серии контактная группа (Е, G), механизм подключения/отключения и дутьевой клапан (I) заключены в металлической емкости (В). Сам бак наполнен сжатой воздушной смесью. Полюсы выключателя разделяет промежуточный изолятор. Поскольку на емкости присутствует высокое напряжение, защите опорной колоны придается особое значение. Она выполнена с помощью изоляционных фарфоровых «рубашек».

Подача воздушной смеси осуществляется по двум воздуховодам К и J. Первый основной, используется для нагнетания воздуха в бак, второй работает в импульсном режиме (подает воздушную смесь, когда отключаются контакты выключателя и сбрасывает при замыкании).

Почему выключатель называется воздушным?

Использование слова «воздушный» в названии автоматического выключателя связано со способом гашения электрической дуги внутри аппарата.

При размыкании и смыкании контактов выключателя между ними возникает электрическая дуга, которую необходимо быстро погасить, чтобы не допустить повреждения прибора.

Полюсы автоматического воздушного выключателя находятся не в отдельных камерах, а в едином пространстве, заполненном воздухом и разделенном перегородками. Таким образом, гашение дугового разряда у них происходит в воздушной среде. Отсюда и название.

Принцип действия

В основу работы выключателя положен принцип гашения электродуги скоростным потоком сжатой воздушной смеси, подаваемого в дутьевые каналы. Под воздействием воздушного потока столб разряда растягивается и направляется в дутьевые каналы, где окончательно гасится.

Конструкции дугогасительных камер отличаются как взаимным расположением дутьевых каналов, так и размыкающихся контактов. По этому признаку следующие схемы дутья:

1. Продольная продувка через металлический канал.
2. Продольная продувка через изоляционный канал.
3. Двухстороння симметричная продувка.
4. Двухсторонняя ассиметричная.

Схемы дутья
Из представленных вариантов наиболее эффективен последний.

Область применения и процесс эксплуатации

Сфера применения выключателей данного типа довольно обширна. В перспективе, за счет применения новых технологий, ситуация может несколько измениться, но сейчас воздушные коммутаторы остаются востребованными для решения следующих задач:

• Коммутация цепей от 35,0 кВ и токами отключения до 100,0 кА.
• Быстрого отключения цепи, например, при испытаниях электрооборудования ударным генератором. Скорость срабатывания некоторых моделей воздушных выключателей может достигать одного периода (за основу взята рабочая частота переменного тока – 50 Гц).
• Эксплуатация в суровых климатических условиях. При морозе у елегазовых аналогов возникают проблемы с прогревом, в то время как вакуумным выключателям сложно сохранить герметичность.
• Отключение мощного источника с высокой апериодической составляющей тока КЗ, может произвести только воздушный коммутатор.

В процессе эксплуатации важно уделять должное внимание обслуживанию воздушных коммутаторов, которое включает в себя следующие регулярные процедуры:

1. Вентиляция внутренней поверхности фарфоровых изоляторов, для этого предусмотрен специальный клапан для стравливания сжатого воздуха.
2. Тестирование пневматической системы, проверяется по сбросу давления при отдельной операции. Показания сравниваются с нормировочными таблицами.
3. Осуществляется проверка привода поршня. Процедура зависит от типа механизма.
4. Проверяется герметичность дугогасящей камеры.
5. Тестируются контакты (вначале главные токоведущие, потом дополнительные) путем измерения сопротивления
6. Измеряется изоляция при разомкнутом отделителе.
7. Тестируется схема управления и цепь включения.

Регламент проведения обслуживания в процессе эксплуатации приведен в технической документации.

Автоматические воздушные выключатели EKF

Компания EKF выпускает широкий спектр автоматов, в том числе воздушные выключатели линеек ВА-45 и ВА-450 EKF PROxima. Серия ВА-45 объединяет в себе аппараты, рассчитанные на токи от 630 до 5 000 А и имеющие предельную коммутационную способность от 80 до 100 кА. «Воздушники» 450-й серии с ПКС 80 кА предназначены для работы с токами от 200 до 1600 А.

Автоматические воздушные выключатели EKF выпускаются в двух исполнениях – стационарном и выкатном. В базовую комплектацию аппаратов ВА входят катушки включения и отключения, электропривод взвода пружины, реле минимального напряжения и дополнительные контакты, к которым можно подключить устройства для дистанционного мониторинга состояния выключателя.

Автомат силовой трехфазный ВА-45 оснащен электронным блоком управления (микропроцессорным расцепителем), функционал которого не ограничивается защитой от перегрузки и короткого замыкания. Он обладает широким диапазоном настроек, осуществляет вывод на дисплей текущих показателей токов по каждой фазе и информацию о параметрах срабатывания. Кроме того, электронная система управления ВА-45 имеет функции тепловой памяти, короткой выдержки, контроля температуры среды, тестирования и самодиагностики.

Аппараты ВА-450 являются довольно компактными для воздушных выключателей устройствами и имеют, вне зависимости от номинала, один габарит. В ряду функций их электронного блока управления – защита от перегрузки, короткого замыкания и замыкания на землю, память неисправностей, тепловая память и самодиагностика.

Линейка воздушных выключателей от компании EKF включает в себя большое количество моделей, что позволяет без труда подобрать оптимальный аппарат для конкретного проекта, вне зависимости от его масштаба и уровня сложности.

Преимущества и недостатки

У воздушных выключателей есть много преимуществ перед альтернативными аппаратами с аналогичными функциями. Приведем несомненные плюсы:

Воздушные автоматические выключатели — современная защита и высокая надежность

Сегодня, пожалуй, уже невозможно представить себе нашу жизнь без электроприборов. Чаще всего мы имеем дело с бытовыми приборами, которые подключены к сетям с уровнем номинального напряжения 0,4 кВ. К работе с более высоким напряжением допускается только квалифицированный персонал.

Главную роль в распределении электроэнергии 0,4 кВ играют силовые автоматические воздушные выключатели. Силовые автоматические воздушные выключатели стоят наверху иерархии низковольтной сети. Именно от их качества и надежности работы зависит бесперебойность снабжения конечного потребителя, а также долговечность питающих силовых низковольтных линий. Они применяются в качестве вводных и секционных аппаратов.

Действительно, задачи, которые на них возлагаются очень ответственны. В нормальном режиме воздушные автоматические выключатели должны проводить рабочие токи в несколько тысяч ампер, а в аварийном — отключать токи к.з., достигающие нескольких десятков тысяч ампер!

Решить эти непростые задачи могут только аппараты, которые изготовлены из материалов высшего качества. Чистая электротехническая медь обеспечивает максимальную токопроводность, экономичность и долговечную эксплуатацию. Однако не только высокое качество материалов обеспечивает должную надежность в работе. Более сложную задачу решают инженеры-конструкторы, выбирая материалы контактов. Изменяя пропорции серебра, никеля, графита и других материалов, они добиваются максимальных показателей износостойкости, ПКС, уменьшают нагрев и свариваемость контактов.

В современном воздушном автоматическом выключателе не менее важную роль играет основной орган управления и защиты — микропроцессорный расцепитель.

С его помощью осуществляется точная настройка уставок времени и токов различных видов защит, регистрация и учет всех происходящих событий. В режиме реального времени на ЖК-дисплее персоналу доступны величины рабочих токов, уставки защиты, информация об авариях, коммутациях и т.д.
Микропроцессорный расцепитель сравнивает значения рабочих токов по каждой фазе и при превышении одним из них установленного потребителем значения подает сигнал для отключения воздушного автоматического выключателя.
Еще одним важным преимуществом является возможность дистанционного отключения, что позволяет экономить время оперативного персонала при переключениях в электрических схемах. Также протокол Modbus RTU позволяет передавать в диспетчерский пункт информацию, как о текущих параметрах цепи, так и о настройках воздушного выключателя, а самое главное — информацию о срабатывании выключателя (токи к.з., время аварии, причина срабатывания выключателя)
Стоит отметить, что в микропроцессорном расцепителе защита от однофазного замыкания на землю и индикация этого вида аварии является большим преимуществом. Этот вид защиты имеет большое значение, так как однофазное к.з. на землю является самым вероятным повреждением электрической сети (65%). Индикация этого вида повреждения позволяет персоналу в кратчайшие сроки разобраться в причине аварии и приступить к восстановительным работам. При выборе расцепителя следует отдавать предпочтением тем моделям, где реализована эта функция.
Силовой воздушный автоматический выключатель — это надежное и современное решения для главного распределительного щита, ВРУ, а также щита питания потребителя большой мощности.