Автоматический воздушный выключатель

АВК служит для автоматического отключения электрической цепи при перегрузках, КЗ, чрезмерном понижении напряжения питания, изменения направления мощности, а также для редких включений и отключений вручную номинальных токов нагрузки. В зависимости от вида воздействующей величины АВК делятся на максимальные автоматы по току, минимальные автоматы по напряжению, автоматы обратного тока, максимальные автоматы, работающие по производной тока, поляризованные максимальные автоматы и неполяризованные. АВК, обеспечивающие комбинированную защиту (максимальную по току и минимальную по напряжению), называются универсальными. АВК общепромышленного и бытового применения, имеющие лишь максимально токовую защиту, отрегулированную на заводе, называются установочными.

В любом АВК есть следующие основные узлы: токоведущая цепь дугогасительная система, механизм свободного расцепления и элементы защиты - расцепители.

В автомате на ток более 200 А (рис. 3.1) токоведущая цепь имеет главные 3 и дугогасительные 1 контакты.

Включение АВК может производиться вручную рукояткой 10 и электромагнитом 9. Звенья 11, 13 и упор 12 образуют механизм свободного расцепления. Отключение автомата может производиться рукояткой 10 или с помощью тепловых или электромагнитных расцепителей 4, 5, 6, 8. Необходимую скорость расхождения контактов обеспечивает пружина 14. Гашение дуги происходит в камере 2.

Основными параметрами АВК являются: собственное и полное время отключения, номинальный двигательный ток, номинальное напряжение, предельный ток отключения.

 

Рис. 3.1. Принципиальная схема АВК

 

Тепловые реле

Для защиты энергетического оборудования от токовых перегрузок широко распространены ТР с биметаллическим элементом. Биметаллический элемент состоит из двух пластин с различным коэффициентом линейного расширения α. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены за счет проката в горячем состоянии либо сваркой.

Если такой элемент закрепить неподвижно и нагреть, то произойдет его изгиб в сторону материала с меньшим α. Нагрев биметаллического элемента может производиться за счет тепла, выделяемого током нагрузки в самой пластине или в специальном нагревателе. В современных ТР биметаллическая пластина имеет комбинированную систему нагрева. Как правило, ток срабатывания выбирается в пределах (1,1 - 1,4) I_н, где I_н - номинальный ток в цепи нагрузки, а время срабатывания составляет несколько секунд или минут и зависит от типа ТР и его конструкции.

Любые тепловые воздействия инерционны по своей природе, и прогиб биметаллической пластины происходит медленно. Поэтому воздействие пластины на контакт передается, как правило, через ускоряющие устройства, наиболее совершенным из которых является «прыгающий» контакт (рис. 3.2, а). В холодном состоянии биметаллическая пластина 3 занимает крайнее левое положение. Пружина 1 создает силу P, которая замыкает контакты 2. В исходном состоянии пластина 3 направлена вдоль оси пружины 1. Сила упругости пружины Р направлена вертикально вниз и проходит через центр О. При этом прыгающий контакт находится в нейтральном положении.

При нагреве пружина 1 быстро переходит в крайнее правое положение и контакты 2 размыкаются с большой скоростью, обеспечивая надежное гашение дуги.

После срабатывания ТР для нового включения цепи нагрузки необходимо возвратить его контакты в исходное положение. Для этого служит кнопка возврата 5.

При длительной нагрузке (рис. 3.2, б) время срабатывания реле

 

,

 

где Т – постоянная времени нагрева; I₀ – ток предварительной нагрузки; - ток, при котором реле срабатывает за время t_ср ›› T; I_ср - ток, при котором реле срабатывает за время t_ср, величина которого в относительных единицах

.

Здесь х=I / I_н, х_ср=I_m / I_н, ɛ=I₀ / I_н.

а) б)

Рис. 3.2. Тепловое реле: а) принципиальная схема; б) зависимость времени срабатывания от тока при длительной нагрузке

 

Если реле включается в холодном состоянии (ɛ=0),то

.

При повторно-кратковременной нагрузке (рис.3.3) эквивалентный ток I_э должен соответствовать току срабатывания ТР

,

где ПВ=(t_н/(t_н+t_п)) ^. 100%, θ_т=S²ɣC/(к_трs-I²r₀a_c); r₀ –удельное сопротивление проводника, Ом∙м; a_c –температурный коэффициент сопротивления, Oм/град; к_т - коэффициент теплопередачи, Вт/см²; р – периметр поперечного сечения проводника, см²; C – удельная теплоемкость материала проводника, Дж/(кг∙К); ɣ - удельный вес материала проводника, кг/см³.

При кратковременной нагрузке эквивалентный ток

 

При коротком замыкании процесс нагрева идет без отдачи тепла, время срабатывания

 

 

Рис. 3.3. График изменения тока нагрузки при повторно кратковременном режиме