Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Устройство и подключение проходных выключателей

Механизм таких изделий немного отличается от обычного. При нажатии на клавишу происходит переключение с одного контакта на второй. В таком положении пластина фиксируется. Следующее нажатие вновь переключит контакт. Сложность заключается в том, что для монтажа потребуется дополнительный проводник. Его располагают между проходными переключателями. Каким образом выполнить подобную работу, станет намного понятнее, если взглянуть на схему коммутации.

Если детально разобраться с монтажом такого разъединителя, понять, как устроен двойной проходной выключатель, будет проще. Схема его подключения идентична с той лишь разницей, что в случае использования парного механизма, питание с клавиш будет подаваться на разные осветительные приборы. Тем уважаемым читателям, которые хотят более подробно понять суть установки таких переключателей, предлагается посмотреть достаточно информативный видеоролик по этой теме.

Автоматические размыкатели и их области применения

Подобные устройства используются для защиты домашней электрической сети от перегрузок и коротких замыканий. Наиболее частое место установки – вводные распределительные шкафы. Автоматический выключатель (АВ) устроен следующим образом. Внутри модульного корпуса расположен статичный соленоид, внутри которого располагается подвижный шток. При превышении допустимой токовой нагрузки на соленоиде или коротком замыкании шток выталкивается, воздействуя на механизм контакта, который автоматически размыкает цепь.

Но чтобы полностью понять, как устроен автоматический выключатель, следует рассмотреть еще одну его функцию – отключение при превышении допустимой температуры. Для этого конструкцией предусмотрена биметаллическая пластина. Для простоты ее можно сравнить с подобным элементом в электрических чайниках. По достижении определенной температуры металл деформируется, отжимая механизм, удерживающий контакт. После охлаждения биметаллическая пластина вновь принимает прежнюю форму.

Автоматические выключатели также могут быть разных видов. Наиболее распространенными можно назвать устройства защитного отключения (УЗО). Они обеспечивают безопасность человека при различных токовых утечках. Если же требуется прибор, способный обеспечить общую защиту и объединяющий в себе функционал АВ и УЗО, применяется автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ).

Назначение

Вакуумные выключатели предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока (частота 50 Гц), номинальным напряжением до 10 кВ с изолированной, компенсированной, заземлённой через резистор или дугогасительный реактор нейтралью. они предназначены для установки в новых и реконструируемых комплектных распределительных устройствах станций, подстанций и других устройств, осуществляющих распределение и потребление электрической энергии во всех отраслях народного хозяйства, в том числе нефтегазодобывающей и перерабатывающей, нефтехимической, химической, горнорудной и др. отраслях.

Для чего предназначен и где применяется

Данный тип автоматов может быть использован как на промышленных предприятиях, так и в частных квартирах. Это возможно благодаря разнообразию их габаритов и различному весу устройств. Они могут быть не только минимальных размеров (квартирные автоматы), но и достаточно больших (выкатного типа), которые оснащены контроллером параметров.

Используют их для защиты электрических приборов и высоковольтных линий передач от повышенного потребления тока и короткого замыкания. Это достигается путем определения количества тока, который протекает через автомат.

Среди его преимуществ можно назвать мгновенное отключение сети, оснащение внутренними механизмами защиты и повышенную устойчивость к перепадам температуры, которая возникает из-за амплитуды мощности тока.

Принцип действия

Рассмотрим вкратце, как работают выключатели нагрузки на примере вышеупомянутого ВНР-10/400, предоставленного на фото:

Конструктивно данный коммутационный аппарат схож с разъединителем. Главное отличие разъединителя от ВН — наличие у последнего дугогасительного устройства и привода, обеспечивающего более быстрое выполнение операций.

Принцип действия выключателя нагрузки следующий. При включенном положении подвижные контакты находятся в дугогасительной камере. В нижней части дугогасительного устройства расположены дополнительные дугогасящие контакты. При выполнении операции отключения сначала размыкаются основные контакты, а затем дугогасительные. Образовавшаяся в процессе разрыва контактов электрическая дуга попадает в дугогасительную камеру, где нагревает до высокой температуры оргстекло, которое в свою очередь выделяет большое количество газов. Эти газы мощным потоком вырываются из дугогасительной камеры, чем гасят возникшую электрическую дугу за несколько миллисекунд.

Как изображается ВН на однолинейных схемах? Ниже приведено условное обозначение на схеме:

Слева на схеме изображен ВН, справа — коммутационный аппарат, который конструктивно укомплектован плавкими предохранителями (ВНП).

Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип действия выключателя нагрузки. Надеемся, предоставленный материал был для вас полезным и интересным!

Рекомендуем также прочитать:

  • Как работает реле напряжения
  • Что такое воздушный автоматический выключатель
  • Для чего нужен кулачковый переключатель

Опубликовано:
05.02.2017
Обновлено: 19.10.2017

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.

Классификация высоковольтных выключателей

По способу гашения дуги
  • Элегазовые выключатели (баковые и колонковые);
  • Вакуумные выключатели;
  • Масляные выключатели (баковые и маломасляные);
  • Воздушные выключатели;
  • Автогазовые выключатели;
  • Электромагнитные выключатели;
  • Автопневматические выключатели.
По назначению
  • Сетевые выключатели на напряжения от 6 кВ и выше, применяемые в электрических цепях (кроме цепей электрических машин и электротермических установок) и предназначенные для пропускания и коммутирования тока в нормальных условиях работы цепи, а также для пропускания в течение заданного времени и коммутирования тока в заданных ненормальных условиях, таких как условия короткого замыкания
  • Генераторные выключатели на напряжения от 6 до 20 кВ, применяемые в цепях электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, мощных электродвигателей) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а также в пусковых режимах и при коротких замыканиях. Отличаются, как правило, большими значениями номинального тока (до 10000 А) и тока отключения.
  • Выключатели на напряжение от 6 до 220 кВ для электротермических установок, применяемые в цепях крупных электротермических установок (например, сталеплавильных, руднотермических и других печей) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а также в различных эксплуатационных режимах и при коротких замыканиях.
  • Выключатели нагрузки — выключатели, предназначенные для коммутаций под номинальным током, но не рассчитанные на разрыв сверхтоков. Применяются в сетях 3-10 кВ с изолированной нейтралью для коммутации небольших нагрузок — до нескольких мегавольт-ампер.
  • Реклоузеры — подвесные секционирующие дистанционно управляемые выключатели, снабжённые защитой и устанавливаемые на опорах воздушных ЛЭП
  • Выключатели специального назначения.
По виду установки
  • Опорные, то есть имеющие основную изоляцию на землю опорного типа.
  • Подвесные, то есть имеющие основную изоляцию на землю подвесного типа.
  • Настенные, то есть укрепленные на стенах закрытых распредустройств.
  • Выкатные, то есть имеющие приспособления для выкатывания из ячеек распредустройств (для обслуживания, ремонта и для создания т.н. «видимого разрыва» при работах на линиях).
  • Встраиваемые в комплектные распределительные устройства.
По категориям размещения и климатическому исполнению
  • пять категорий размещения (вне и внутри помещений с различными условиями обогрева и вентиляции);
  • десять климатических исполнений (У, ХЛ, УХЛ, ТВ, ТС, Т, М, ОМ, В и О) в зависимости от географического места установки.

Общие рекомендации по монтажу разъединителей

Полностью разобравшись, как устроены выключатели различных типов, можно рассмотреть нюансы их коммутации. Основным правилам, которое следует учитывать при подключении таких устройств, является обязательное использование фазного провода. Разрыв нуля при монтаже не допускается. Этому есть вполне конкретные причины. При разъединении нулевого провода осветительный прибор остается под напряжением. При этом обычная замена лампочки может привести к поражению электрическим током с самыми серьезными последствиями, вплоть до летального исхода.

Следует понимать, что при уже смонтированных линиях освещения и управления вряд ли получится подключить проходные выключатели – для их коммутации требуются дополнительные жилы. Здесь есть два варианта. Наиболее простым будет протянуть внешнюю электропроводку, уложив ее в кабель-каналы. Современные изделия подобного типа практически не нарушают созданный интерьер. Можно пойти более сложным путем и полностью заменить проводку между проходными выключателями. Эта работа потребует больше усилий с обязательной последующей отделкой, но конечный результат будет выглядеть эстетичнее.

Устанавливая концевое устройство, необходимо его прозвонить. Зная, как устроен выключатель, легко понять, что при подключении на различные пары контактов алгоритм его работы будет кардинально меняться. Изделие может замыкать цепь при нажатии на кнопку, педаль или лапку механизма, а может, наоборот, разрывать ее. Это обязательно следует учитывать.

Установка обычных выключателей с подсветкой не всегда возможна. Если в подключаемой люстре установлены КЛЛ (компактные люминесцентные), то при неправильной разводке внутри нее, лампы могут периодически мигать при отсутствии подачи напряжения. Это происходит по тому, что проходящий через неоновую лампу минимальный ток до определенного момента накапливается в конденсаторе ЭПРЛ. По достижении предела он высвобождается, лампа вспыхивает и сразу гаснет. Такая проблема возникает в случае подачи фазы на винтовую часть цоколя, а нуля на центральную. «Лечится» сменой полярности проводов на патроне.

Назначение

Назначение ВН — коммутация рабочих токов в электроустановках, то есть мощностей, которые не превышают допустимые (номинальные) значения для того или иного участка электрической сети. Данное устройство не рассчитано на отключение токов аварийного режима, поэтому его можно устанавливать только при условии наличия в цепи защиты от короткого замыкания и перегрузки, которая реализуется плавкими предохранителями (ПК, ПКТ, ПТ) или защитным аппаратом, установленным со стороны источника питания или на группе потребителей.

При этом ВН имеет отключающую способность, которая соответствует электродинамической стойкости при коротких замыканиях, что позволяет использовать данный электрический аппарат для подачи напряжения на участок электрической сети, не зависимо от его текущего состояния, например, для пробного включения.

Таким образом, при условии наличия в цепи защиты от сверхтоков рассматриваемый элемент оборудования может эксплуатироваться как полноценный высоковольтный защитный аппарат (масляный, вакуумный или элегазовый). А при наличии моторного привода может участвовать в работе различных автоматических устройств (АВР, АПВ, АЧР, ЧАПВ), а также управляться удаленно автоматизированной системой диспетчерского технологического управления.

Главный выключатель

Отличия главного выключателя (ГВ) от быстродействующего определяются следующим. Вследствие значительного индуктивного сопротивления силовых цепей электровоза переменный ток при перегрузках и коротких замыканиях не возрастает так резко (рис. 49), как постоянный (см. рис. 29). Кроме того, переменный ток изменяется синусоидально и поэтому проходит через нулевые значения. Благодаря этому легче разорвать цепь тока и не требуется иметь такое высокое быстродействие выключателя, как при постоянном токе.

Рис. 49. Кривая, характеризующая изменение значения переменного тока при коротком замыкании цепи

Этим же объясняется применение высоковольтных и быстродействующих выключателей на различных участках цепи электроснабжения электрифицированных железных дорог. Начиная от электрической станции (см. рис. 2 и 9), и до ввода на тяговую подстанцию дорог постоянного тока установлены высоковольтные выключатели. Контактную сеть защищают быстродействующие выключатели. На дорогах переменного тока все участки цепи электроснабжения защищены высоковольтными выключателями.

В главных выключателях для гашения электрической дуги чаще всего используют сжатый воздух. При включенном выключателе (рис. 50) ток от токоприемника через разъединитель, неподвижный и подвижной контакты, стержень, размещенный внутри проходного изолятора, пойдет в первичную обмотку тягового трансформатора. Стержень служит одновременно первичной обмоткой трансформатора тока. Вторичная обмотка трансформатора тока соединена с катушкой электромагнита отключения главного выключателя.

Рис. 50. Схема главного выключателя

В случае перегрузки или короткого замыкания ток в первичной и вторичной обмотках трансформатора резко увеличивается. Вследствие этого сердечник электромагнита ГВ втягивается в катушку и открывает пусковой клапан. Сжатый воздух, заполняющий бак, начинает давить на поршень главного клапана. Главный клапан открывается, воздух из бака проходит в опорный изолятор и затем устремляется к замкнутым подвижному и неподвижному контактам.

Под действием сжатого воздуха подвижной контакт отходит от неподвижного, между ними образуется электрическая дуга. Сжатый воздух поступает в отверстие в подвижном контакте и далее в дугогасительную камеру, а из нее через отверстия в атмосферу. Дуга гасится при нулевом значении тока, спустя 0,03-0,04 с после размыкания контактов-

Кроме того, когда открыт главный клапан, сжатый воздух проходит также из бака в цилиндр пневматического привода разъединителя ГВ. Поршень его перемещается слева направо и своим штоком поворачивает рычаг, укрепленный на валу разъединителя. Нож разъединителя ГВ отходит от неподвижного контакта и соединяется с заземляющим устройством. Так как нож разъединителя не рассчитан на гашение электрической дуги, то, чтобы он не разрывал цепь под нагрузкой, движение его начинается спустя некоторое время после начала размыкания контактов ГВ. Это достигается благодаря каналу а, пропускающему в начале движения поршня часть воздуха из цилиндра пневматического привода разъединителя в атмосферу.

После разрыва цепи силового тока питание отключающего электромагнита прекращается. Пусковой, а затем главный клапан и подвижной контакт ГВ возвращаются в исходное положение. Однако нож разъединителя при этом не может замкнуться с неподвижным контактом, так как его привод удерживается в отключенном положении защелкой, входящей в выточку штока поршня. Чтобы снова собрать цепь силового тока, машинист должен нажать на кнопку, находящуюся в цепи включающего электромагнита. При этом его сердечник ударит по защелке, вал разъединителя под действием включающей пружины повернется и нож разъединителя включится. Если необходимо оперативно отключить цепи, машинист нажимает кнопку Отключение ГВ. По катушке электромагнита ручного отключения проходит ток и сердечник, воздействуя на рычаг, открывает пусковой клапан.

Отметим принципиальное отличие в действиях главного выключателя (рис. 51) и быстродействующего: при коротких замыканиях быстродействующий выключатель автоматически срабатывает, как только ток в защищаемой цепи превысит уставку БВ; главный выключатель непосредственно не реагирует на недопустимый ток — он отключается под воздействием реле защит.

Рис. 51. Главный выключатель

Свойства

Выключатели среднего и высокого напряжения (номинальное напряжение 6 — 220 киловольт) и большим током отключения (до 50 килоампер) используются на электрических станциях и подстанциях. Эти выключатели представляют собой довольно сложную конструкцию, управляемую электромагнитными, пружинными, пневматическими или гидравлическими приводами. В зависимости от среды, в которой производят гашение дуги, различают воздушные выключатели, в которых дуга гасится сжатым воздухом, масляные выключатели, в которых контакты помещаются в ёмкость с маслом, а дуга гасится парами масла, электромагнитные выключатели (как правило до 10 кВ), с так называемым магнитным дутьём и дугогасительными камерами с узкими щелями или решётками, элегазовые выключатели, в которых используется электропрочный газ SF6 — «элегаз», и вакуумные выключатели, в которых дугогашение происходит в вакууме — в так называемой вакуумной дугогасительной камере (ВДК). Защитная среда одновременно с дугогашением обеспечивает и диэлектрическую прочность промежутка между контактами в отключенном положении, от чего зависит и величина хода контактов.

Требования к выключателям

Выключатель является самым ответственным аппаратом в высоковольтной системе, при авариях он всегда должен обеспечивать четкую работу. При отказе выключателя авария развивается, что ведет к тяжелым разрушениям и большим материальным потерям, связанным с не доступом электроэнергии, прекращением работы крупных предприятий.

В связи с этим основным требованием к выключателям является особо высокая надежность их работы во всех возможных эксплуатационных режимах. Отключение выключателем любых нагрузок не должно сопровождаться перенапряжениями, опасными для изоляции элементов установки.
В связи с тем, что режим короткого замыкания для системы является наиболее тяжелым, выключатель должен обеспечивать отключение цепи за минимально возможное время.

Общие требования к конструкциям и характеристикам выключателей устанавливается стандартами:

  • ГОСТ Р 52565-2006 «Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Общие технические условия.»
  • ГОСТ 12450-82 «Выключатели переменного тока высокого напряжения. Отключение ненагруженных линий».
  • ГОСТ 8024-84 «Допустимые температуры нагрева токоведущих элементов, контактных соединений и контактов аппаратов и электротехнических устройств переменного тока на напряжение свыше 1000 В.»
  • ГОСТ 1516.3-96 «Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции».

Вывод выключателя для ревизии и ремонта связан с большими трудностями, так как приходится либо переходить на другую схему распредустройства, либо просто отключать потребителей. В связи с этим выключатель должен допускать возможно большее число отключений коротких замыканий без ревизии и ремонта. Современные выключатели могут отключать без ревизии до 15 коротких замыканий при полной мощности отключения.

Ремонт высоковольтных выключателей

Обеспечение функционирования оборудования обеспечивается за счет проведения его периодического и капитального ремонта.

Периодический ремонт выполняется:

  • при нарушении целостности фарфоровых покрышек в местах вводов, мембран предохранителей;
  • при появлении шума или треска в середине выключателя;
  • при изменении температуры соединительных контактов;
  • при увеличении расхода масла.

Капитальный ремонт выключателей высокого напряжения проходит, согласно рекомендации завода-изготовителя. Мероприятия, как правило, проводятся непосредственно на месте эксплуатации.

При появлении неполадок вводов или трансформаторов, ремонт проходит в специализированных мастерских.

Принцип действия

Механизм гашения дуги в вакуумных выключателях основан на высокой электрической прочности и усиленных диэлектрических свойствах вакуума. В момент размыкания контактов  в вакуумном промежутке возникает электрическая дуга, которая поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности контактов. При переходе тока через ноль, происходит гашение дуги и восстановление диэлектрических свойств вакуумного промежутка, и дуга между разомкнутыми контактами  больше не возникает. Из-за большой электрической прочности вакуума гашение дуги может произойти до перехода тока через ноль, это явление называют срезом тока. Срез тока негативно влияет на сеть, так как вызывает коммутационные перенапряжения, которые могут достигать огромных величин.

Несколько слов в заключение

Знать, как устроен выключатель, как монтируются разные виды подобных устройств, обязан любой домашний мастер. Ведь действительно, стыдно вызывать профессионального электромонтера и платить ему за работу по замене разъединителя, когда выполнить ее вполне возможно своими руками. Главное – это соблюдение определенных правил и аккуратность при электромонтаже. Если однажды собственноручно заменен один из выключателей, остальные совершенно не доставят хлопот. И хотя с некоторыми видами дело может обстоять сложнее (к примеру, проходными устройствами), разобраться с алгоритмом работ под силу каждому.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: