Обратно зависимая от тока характеристика автоматического выключателя

Выбор автоматических выключателей

Наряду с плавкими предохранителями в установках напряжением до 1 кВ широко-применяют автоматические воздушные выключатели, выпускаемые в одно-, двух- и трёхполюсном исполнении, постоянного и переменного тока.

Автоматические выключатели снабжают специальным устройством релейной защиты, которое в зависимости от типа выключателя выполняют в виде токовой отсечки, максимальной токовой защиты или двухступенчатой токовой защиты. Для этого используют электромагнитные и тепловые реле. Такие реле называют расцепителями.

Конструктивно автоматические выключатели намного сложнее предохранителей и представляют собой сочетание выключателя и расцепителя.

Номинальным током автоматического выключателя называют наибольший ток, при протекании которого выключатель может длительно работать без повреждений. Номинальным напряжением автоматического выключателя называют указанное в паспорте напряжение, равное напряжению электрической сети, для работы в которой этот выключатель предназначен. Номинальным током расцепителя называют указанный в паспорте ток, длительное протекание которого не вызывает срабатывание расцепителя. Током уставки расцепителя называют наименьший ток, при протекании которого расцепитель срабатывает.

Выбор автоматических выключателей. При выборе уставок тока срабатывания автоматических выключателей необходимо учитывать различия в характеристиках и погрешности в работе расцепителей выключателей. Существуют следующие требования к выбору автоматических выключателей:

— номинальное напряжение выключателя не должно быть ниже напряжения сети;

— отключающая способность должна быть рассчитана на максимальные токи КЗ, проходящие по защищаемому элементу;

— номинальный ток расцепителя должен быть не меньше наибольшего расчётного тока нагрузки, длительно протекающего по защищаемому элементу:

. (11.11)

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки замедленного срабатывания регулируемых расцепителей следует выбирать по условию

(11.12)

[для автоматических выключателей с нерегулируемым тепловым разделителемдостаточновыполнениеусловия (11.11)];

при допустимых кратковременных перегрузках защищаемого элемента автоматический выключатель не должен срабатывать; это достигается выбором уставки мгновенно го срабатывания электромагнитного расщепителя по условию:

, (11.13)

где – определяется так же, как и при выборе предохранителей.

Для обеспечения избирательного действия последовательно установленных автоматических выключателей их защитные характеристики на карте селективности не должны пересекаться, причём уставки тока расцепителей замедленного и мгновенного действия у выключателя, расположенного ближе к источнику питания, должны быть больше в 1,5 раза, чем у более удалённого выключателя.

При совместной работе автоматических выключателей, принадлежащих к одной серии, избирательность их действия в результате погрешностей в работе и одинаковых защитных характеристик не обеспечивается. В этом случае применяют выключатели, принадлежащие к разным сериям или выключатели с избирательными расцепителями.

Расцепители выключателей с уставками, выбранными по условию избирательности, должны удовлетворять требованиям чувствительности, которые сводятся к следующему: минимальный ток КЗ (обычно рассматривают однофазное КЗ) в самой удаленной точке защищаемой линии должен быть больше номинального тока расцепителя замедленного срабатывания не менее чем в 3 раза, а для выключателей, имеющих только расцепители мгновенного срабатывания, минимальный ток КЗ в самой удаленной точке линии должен превышать ток уставки мгновенного срабатывания не менее чем в 1,4 раза для выключателей с номинальным током до 100 А и 1,25 раза для всех других выключателей.

На промышленных предприятиях применяют автоматические выключатели серий АВМ, «Электрон», А3700, АЕ-200 и др.

Автоматические выключатели серии АВМ изготовляют двух- и трёхполюсными. По способу установки бывают невыдвижные с передним присоединением шин и выдвижные с втычными контактами, расположенными с обратной стороны панели. Максимальная отключающая способность таких выключателей составляет кА для переменного и кА для постоянного тока. Автоматический выключатель содержит настраиваемый максимальный электромагнитный расцепитель с часовым механизмом. При перегрузках обратнозависимая от тока выдержка времени, создаваемая часовым механизмом, регулируется у избирательных выключателей серий АВМ-4С, АВМ-10С, АВМ-15С в пределах от нуля до , а у выключателей серии АВМ-20С – до . Уставка на ток срабатывания при КЗ (отсечка) регулируется у выключателей данной серии в пределах, указанных в справочной литературе. При токах, больших предельных уставок, неизбирательные выключатели срабатывают мгновенно, а избирательные – с независимой от тока выдержкой времени в пределах 0,25–0,4 или 0,4–0,6 с, создаваемой анкерным механизмом.

Автоматические выключатели серии АВМ имеют невысокую коммутационную способность, ограниченную возможность регулирования защитных характеристик и недостаточные токи и напряжения. С целью устранения перечисленных недоста тков разработаны двух- и трёхпо-люсные автоматические выключатели серии Э–«Электрон», рассчитанные на номинальные напряжения: переменное 660 В и постоянное 400 В и токи расцепителей максимального тока 250–4000 А. Имеется стационарное и выдвижное исполнение выключателей с механической блокировкой, фиксаторами в рабочем, контрольном и ремонтном положениях, с подвижными и неподвижными штепсельными контактами. Защитные характеристики автоматических выключателей серии «Электрон» для разных уставок тока срабатывания приведены на рис. 11.2.

Рис. 11.2 Защитные характеристики автоматических выключателей серии «Электрон», приведённые для разных уставок тока срабатывания при перегрузках и КЗ

Расщепители максимального тока имеют полупроводниковый блок защиты. Они исполняются мгновенного и замедленного действия с регулировкой пяти следующих уставок: 1 – на ток срабатывания в пределах (0,8; 1; 1,2; 1,5) при перегрузках; 2 – на ток срабатывания или при КЗ и для выключателей имеющих три первых меньших значения номинального тока; 3 – на время срабатывания 100, 150, 200 с при ; 4 – на время срабатывания 4, 10, 20 с при ; 5 – на время срабатывания 0,25; 0,45; 0,7 с при КЗ.

Автоматические выключатели серии А3700, двух- и трёхполюсные, рассчитаны на диапазон токов 160–630 А. Для получения хороших защитных характеристик в конструкции выключателя применён блок защиты на полупроводниковых приборах, получающий сигнал от измерительного органа и передающий команду на отключение независимому электромагнитному расцепителю. Выключатели выпускают токоограничивающими и избирательными. Различают два вида токоограничивающих выключателей.

1. С полупроводниковым и электромагнитным расцепителямимаксимального тока (А3710Б – А3740Б). На полупроводниковом расцепителе имеется зона регулирования при перегрузках и зона регулирования при КЗ. В первом случае время срабатывания может регулироваться в пределах 4, 8, 16 с, во втором случае при токе срабатывания выключатель срабатывает без выдержки времени.

2. С электромагнитнымрасщепителем максимального тока (А37115–А37425).

В обоих случаях на электромагнитном расцепителе ток срабатывания уставки равен .

У избирательных автоматических выключателей на полупроводниковом расцепителе имеется зона регулирования тока срабатывания при перегрузке с временем срабатывания 4, 8, 16 с и зона регулирования при КЗ с уставкой тока срабатывания и регулированием времени срабатывания 0,1; 0,25; 0,45 с, электромагнитный рас-цепитель в этом случае отсутствует.

Автоматические выключатели серии АЕ-1000 выпускают однополюсными с тепловыми расцепителями на номинальные токи 6, 10, 16, 20, 25 А, с электромагнитными расцепителями с отключением без выдержки времени при токах более и с комбинированными расцепителями. Основное назначение этих выключателей – защита осветительных сетей.

Серия одно-, двух- и трёхполюсных автоматических выключателей АЕ-2000 на токи 25, 63, 100 А с расцепителями максимального тока 0,6 А, с добавочными расцепителями и вспомогательными контактами в разных исполнениях предназначена для применения в промышленности.

Характеристики автоматических выключателей

Основной характеристикой автоматических выключателей является защитная или

время-токовая ( рис. 4.21 ).

Защитной называется зависимость времени отключения выключателя от тока, т.е.

Защитные характеристики выключателей зависят от типа расцепителя или, если их несколько, расцепителей выключателя.

Рассмотрим 3 вида характеристик выключателя:

1. с электромагнитным ( максимальным ) расцепителем ( рис. 4.21, а );

2. с тепловым расцепителем ( рис. 4.21, б );

3. с комбинированным расцепителем ( рис. 4.21, в ).

Рис. 4.21. Защитная характеристика автоматического выключателя с разными видами расцепителей: а – электромагнитным; б – тепловым; в — комбинированным

Если автомат снабжен только максимальным расцепителем, то он не отключается

до тех пор, пока ток контролируемой цепи не возрастет до значения I ≥ 1,5 I( рис. 4.21, а ). Например, если кратность тока I / I= 1, т.е. ток цепи – номинальный, время срабатывания выключателя t = ∞ ( т.е выключатель не сработает ).

При токе I ≥ 1,5 Iвыключатель отключается, причем время срабатывания t= = 0,03 с. Это время в зоне токов короткого замыкания ( т.е. при I > 1,5 I) не зависит от величины тока к.з., т.е. оно одинаково при I = 2, 3, 4 I, и т.д.

Малое время срабатывания является весьма ценным свойством автоматических выключателей, т.к. сводит к минимуму последствия протекания тока к.з. , например, на-

грев обмотки статора асинхронного двигателя при межвитковом замыкании в ней и т.п.

Это время определяется механической инерционностью всех движущихся частей выключа

Если автомат снабжен только тепловым расцепителем, то он не отключается при

токах, меньших или равных номинальному ( рис. 4.21, б ), но в зоне перегрузок, т.е. при токе I > I, отключается с выдержкой времени, обратно пропорциональной квадрату тока. Например, при кратности тока I / I= 2, время срабатывания выключателя t= = 200 с, а при кратности I / I= 4 это время составляет t= 50 с. Иначе говоря, ток увеличился в 2 раза, а время срабатывания уменьшилось в 4 раза.

Примечание: промышленность не выпускает автоматические выключатели с одним только тепловым расцепителем, поэтому предыдущий абзац имеет условный характер

Если автомат снабжен комбинированным расцепителем, то его защитная характери

стика ( рис. 4.21, в ) представляет собой сочетание рассмотренных выше двух характери-

стик на рис. 4.21, а и 4.21, б.

Работе теплового расцепителя соответствует кривая abc, электромагнитного – a’b’c’, комбинированного – abb’c’.

При токах нагрузки, меньших 1,5 I, работает только тепловой расцепитель, т.к. уставка электромагнитного расцепителя больше уставки теплового расцепителя. При то-

ках нагрузки, превышающих уставку электромагшнитного расцепителя, работает только электромагнитный расцепитель, т.к. тепловой расцепитель имеет при этих токах большее время срабатывания.номинальный.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение принципа действия разных типов автоматических выключателей и исследование на лабораторном стенде времятоковой характеристики выключателя типа АЕ 20ХХ.

Общие положения

Автоматическим выключателем (автоматом) называется электрический аппарат, предназначенный для автоматического размыкания цепей постоянного и переменного тока при нарушении нормального режима работы в них (перегрузки сверх допустимого предела, короткие замыкания, снижение или исчезновение напряжения), а также для нечастых замыканий, и размыканий тех же цепей при нормальных условиях работы.

В автоматических выключателях возникающая при размыкании электрической цепи дуга гасится в среде окружающего воздуха, и поэтому эти выключатели часто называют воздушными.

Автоматические выключатели выпускаются для цепей переменного и постоянного тока в одно-, двух-, трех- и четырехполюсном исполнении на номинальные токи от 6,3 до 6300 А.

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, называемые расцепителями, которые обеспечивают их отключение, которое может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения t_с.о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают:

– нормальные выключатели (t_с.о = 0,02…1 с);

– выключатели с выдержкой времени (селективные);

– быстродействующие выключатели (t_с.о

При номинальных токах 630 А контактная система одноступенчатая, т.е. контакты выполняют роль главных и дугогасительных.

На рис. 5.1 выключатель показан в отключенном положении. Чтобы его включить, вращают рукоятку 2 или подают напряжение на электромагнитный привод 1 (YA). Возникающее усилие перемещает рычаги 3 вправо, при этом поворачивается несущая деталь 13, замыкаются сначала дугогасительные контакты 7 и создается цепь тока через эти контакты и гибкую связь 12, а затем главные контакты 5-11. После завершения операции выключатель удерживается во включенном положении защелкой 14 с зубцами 15 и пружиной 16.

Отключают выключатель рукояткой 2, приводом 1 или автоматически при срабатывании расцепителей.

Автоматические выключатели могут быть оборудованы одним или несколькими расцепителями.

Рис. 5.1. Принципиальная схема автоматического выключателя

Максимальный расцепитель 17, который срабатывает при протекании по его обмотке YAT1 тока КЗ. Создается усилие, преодолевающее натяжение Р пружины 16, рычаги 3 переходят вверх на мертвую точку, в результате чего автоматический выключатель отключается под действием отключающей пружины 4.

Независимый расцепитель YAT2 срабатывает если на обмотку YAT2 подать напряжение кнопкой SB, что позволяет производить дистанционное отключение выключателя. Минимальный расцепитель 18 отключает автоматический выключатель при снижении или исчезновении напряжения и при этом осуществляется минимальная или нулевая защиты.

При отключении выключателя сначала размыкаются главные контакты и весь ток переходит на дугогасительные контакты. На главных контактах дуга не образуется.

Дугогасительные контакты 7 размыкаются, когда главные находятся на достаточном расстоянии. Между дугогасительными контактами образуется дуга, которая выдувается вверх в дугогасительную камеру 8, где и гасится.

Дугогасительные камеры выполняются со стальными пластинами (эффект деления длинной дуги на короткие) и лабиринтно-щелевыми (эффект гашения дуги в узкой щели).

Втягивание дуги в камеру осуществляется магнитным дутьем. Материал камеры должен обладать высокой дугостойкостью.

При протекании тока КЗ через включенный автоматический выключатель между контактами возникают значительные электродинамические силы, превышающие силы контактных пружин 6 и 10, которые могут оторвать один контакт от другого, а образовавшаяся дуга может сварить их. Чтобы избежать самопроизвольного отключения, применяют электродинамические компенсаторы в виде шинок 9, изогнутых петлей. Токи в шинах 9 имеют разное направление, что создает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах.

Рычаги 3 выполняют роль механизма свободного расцепления, который обеспечивает отключение автоматического выключателя в любой момент времени, в том числе при необходимости и в процессе включения. Если выключатель включается на существующее КЗ, то максимальный расцепитель 17 срабатывает и переводит рычаги 3 вверх за мертвую точку, нарушая связь привода 1 (или 2) с подвижной системой автоматического выключателя, который отключается пружиной 4, несмотря на то, что приводом будет передаваться усилие на включение. В реальных автоматических выключателях механизм свободного расцепления имеет болеe сложное устройство.

Номинальным током автоматического выключателя I_ном,а называют наибольший ток, при протекании которого выключатель может длительно работать без повреждений.

Номинальным напряжением автоматического выключателя U_ном,а называют напряжение, равное напряжению электрической сети, для работы в которой этот выключатель предназначен.

Номинальным током расцепителя I_{ном,рас} называют ток, длительное протекание которого не вызывает срабатывание расцепителя. Током уставки расцепителя называют наименьший ток, при протекании которого расцепитель срабатывает.

3ащитная характеристика автоматического выключателя приведена на рис. 5.2. Максимальные расцепители электромагнитного типа имеют обратнозависимую от тока выдержку времени при перегрузках (участок ab) и независимую выдержку времени при токах КЗ (участок cd).

Уставка по току регулируется в зоне перегрузки и в зоне КЗ (отсечка). Время срабатывания регулируется при I_ном, при 3-10 I_ном и при токе КЗ.

Рис. 5.2. Защитная характеристика автоматического выключателя

Выбор автоматических выключателей

При выборе автоматов должны соблюдаться следующие условия:

1) номинальное напряжение выключателя не должно быть ниже напряжения сети

2) номинальный ток автомата I_н.а должен быть больше наибольшего расчетного тока нагрузки I_р

3) номинальный ток расцепителя I_{ном.расц} должен быть не меньше наибольшего расчетного тока нагрузки, длительно протекающего по защищаему элементу

4) ток срабатывания расцепителя I_{ср.расц} выбирается в зависимости от принципа действия расцепителя.

— Ток уставки срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя I_{ср.эм.расц} принимается в зависимости от кратковременного (пикового) тока I_кр линии, т.е. при кратковременных перегрузках автомат не должен срабатывать:

Коэффициент 1,25 учитывает неточности в определении максимального кратковременного тока линии при разбросе характеристик электромагнитных расцепителей автоматов.

Для ответвления к одиночному электродвигателю I_кр = I_пуск,

где I_пуск — пусковой ток электродвигателя.

При защите магистральной линии, от которой питаются двигатели и другие электроприемники (смешанная нагрузка):

I_кр = I_пуск + ,

где I_пуск – пусковой ток одного или нескольких электродвигателей, включаемых одновременно, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшей величины, А;

– длительный расчетный ток линии до момента пуска одного электродвигателя или группы электродвигателей, определяемый без учета рабочего тока I_раб пускаемых электродвигателей, А.

— Ток срабатывания расцепителя автомата с регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой

где I_р – расчетный длительный ток одиночного электроприемника или линии с группой электроприемников.

— Для тепловых расцепителей с регулируемой характеристикой, имеющей обратную зависимость от тока, и с нерегулируемой обратнозависимой характеристикой, должно соблюдаться условие

где I_ср.т.р. – ток уставки теплового расцепителя;

Во всех случаях должно быть обеспеченно надежное отключение к.з. защитными аппаратами, для этого однофазный ток короткого замыкания в сетях с глухозаземленной нейтралью и двухфазный ток короткого замыкания I_{двухф.к.з} в сетях с изолированной нейтралью должны в 3 раза и более превышать , имеющего обратно зависимую от тока характеристику; в 1,1 раза и более – ток срабатывания автомата, имеющего только электромагнитный расцепитель.

При выборе автоматов важно обеспечить селективность, которая достигается изменением времени их срабатывания.

Автоматические выключатели свободны от многих недостатков, присущих плавким предохранителям, и их номенклатура позволяет широко применять их в промышленных сетях низкого напряжения.

В случаях, когда по техническим показателям возможно применение как автоматических выключателей, так и плавких предохранителей, выбор защитного аппарата производят по минимальным приведенным затратам. При этом учитывают также снижение или повышение стоимости остальных элементов распределительного устройства и другие затраты.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

защитная характеристика автоматического выключателя

Автоматические выключателит могут иметь следующие защитные характеристики:

Зависимая от тока характеристика времени срабатывания.
Такие выключатели имеют только тепловой расцепитель, применяются редко вследствие недостаточной предельной коммутационной способности и быстродействия.

Независимая от тока характеристика времени срабатывания.
Такие выключатели имеют только токовую отсечку, выполненную с помощью электромагнитного или полупроводникового расцепителя 1) , действующего без выдержки или с выдержкой времени.

Ограниченно зависимая от тока двухступенчатая характеристика времени срабатывания.
В зоне токов перегрузки выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени. В зоне токов КЗ выключатель отключается токовой отсечкой с не зависимой от тока заранее установленной выдержкой времени (для селективных выключателей) или без выдержки времени для неселективных выключателей). Выключатель имеет либо тепловой и электромагнитный (комбинированный 2) ) расцепитель, либо двухступенчатый электромагнитный (выключатель АВМ), либо полупроводниковый расцепитель 1) .

Трехступенчатая защитная характеристика.
В зоне токов перегрузки выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени. В зоне токов КЗ — с независимой от тока, заранее установленной выдержкой времени (зона селективной отсечки), а при близких КЗ — без выдержки времени (зона мгновенного срабатывания).
Зона мгновенного срабатывания предназначена для уменьшения длительности воздействия токов при близких КЗ. Такие выключатели имеют полупроводниковый расцепитель 1) и применяются для защиты вводов в КТП 3) и отходящих линий.

I_с.о — ток срабатывания отсечки;
t _с.о — время срабатывания отсечки;
1 — с выдержкой времени при КЗ;
2 — без выдержки времени при КЗ

[А.В.Беляев. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. — Л.: Энергоатомиздат. 1988.]

Примечания [Интент].
1) Полупроводниковый расцепитель — в настоящее время электронный или микропроцессорный расцепитель
2) Комбинированный расцепитель — в настоящее время теплоэлектромагнитный расцепитель.
3) КТП — комплектная трансформаторная подстанция.