Автоматичний вимикач напруги постійного струму. Електричні автомати

Автоматичні вимикачі постійного струмуслужать відключення ланцюга під навантаженням. На тягових підстанціях вимикачі застосовуються для відключення живильних ліній 600 при перевантаженнях і струмах короткого замиканняі для відключення зворотного струму у випрямляльних агрегатів при зворотних запаленнях або проби вентилів (тобто внутрішніх коротких замикань при паралельній роботі агрегатів).

Гасіння електричної дуги автоматичними вимикачами відбувається у повітрі на дугогасних рогах. Подовження дуги може бути виконано за допомогою магнітного дуття або в камерах з вузькими щілинами.

У всіх випадках відключення ланцюга та утворення електричної дуги відбувається природний рух дуги вгору разом із рухом нагрітого нею повітря, тобто теплове дуття.

На застосовуються головним чином швидкодіючі автоматичні вимикачі.

Рис. 1. Осцилограми струму та напруги при відключенні струму короткого замикання: а - нешвидкодіючим вимикачем, б - швидкодіючим вимикачем

Повний час Т відключення струму короткого замикання або перевантаження вимикачем складається з трьох основних частин (рис. 1):

T = t про + t 1 + t 2

де t0-час наростання струму в ланцюгу, що відключається до величини струму уставки, тобто до величини, при якій спрацьовує відключає пристрій вимикача; t1 - час відключення вимикача, т. е. час від часу досягнення струму уставки до початку розходження контактів вимикача; t2 – час горіння дуги.

Час наростання струму в ланцюзі t0 залежить від параметрів ланцюга та уставки вимикача.

Власний час відключення t1 залежить від типу вимикача: у нешвидкодіючих вимикачів власний час відключення знаходиться в межах 0,1-0,2 с, у швидкодіючих - 0,0015-0,005 с.

Час горіння дуги t2 залежить від величини струму, що відключається, і характеристик дугогасних пристроїв вимикача.

Повний час відключення нешвидкодіючого вимикача знаходиться в межах 0,15-0,3 с, швидкодіючого - 0,01 - 0,03 с.

Завдяки малому власному часу відключення швидкодіючий вимикач обмежує максимальне значення струму короткого замикання в ланцюгу, що захищається.

На тягових підстанціях застосовуються швидкодіючі автоматичні вимикачі постійного струму: ВАБ-2, АВ-2/4, ВАТ-43, ВАБ-20, ВАБ-20М, ВАБ-28, ВАБ-36 та інші.

Вимикач ВАБ-2є поляризованим, тобто реагує на струм тільки одного напрямку - прямого або зворотного, залежно від налаштування вимикача.

На рис. 2 показаний електромагнітний механізм вимикача постійного струму.

Рис. 2. Електромагнітний механізм вимикача ВАБ-2: а - розріз вимикача, б - межі граничного зношування контактів вимикача ВАБ-2, (A - мінімальна товщина нерухомого контакту 6 мм, Б - мінімальна товщина рухомого контакту 16 мм); 1 - утримуюча котушка, 2 - магнітопровід, 3-включає котушка, 4 - магнітний якір, 5 - верхній сталевий брус, 6 - якір, 7 - котушка головного юка, 8 - калібрувальна котушка, 9 - П-подібний магнітопровід, 10 - струм висновок, 11 -регулювальний гвинт, 12 - шунтуюча пластина, 13 - гнучкий зв'язок, 14 - упор, 15 - важіль якоря, 16 - вісь важеля якоря, 17 - нерухомий контакт, 18 - рухомий контакт, 19 - контактний важіль, 20 контактного важеля, 21 - вісь з роликом, 22 - стопорний важіль, 23 - пружини, що відключають, 24 - тяга, 25 - регулюючі гвинти, 26 - скоба, 27 - сердечник утримуючої котушки

Важіль якоря 15 (рис. 2, а) обертається навколо осі 16, пропущеної через верхній сталевий брус 5. У нижній частині важеля 15, що складається з двох силумінових щік, затиснутий сталевий якір 6, а у верхній частині - втулка розпірна з віссю 20, навколо якої обертається контактний важіль 19, виконаний з набору дюралюмінієвих пластин.

У верхній частині контактного важеля укріплений рухомий контакт 18, а знизу - мідний черевик з гнучким зв'язком 13, за допомогою якої рухомий контакт з'єднується з котушкою головного струму 7 і через неї з виведенням 10. До нижньої частини контактного важеля з обох боків прикріплені упори 14 а з правої сторони є сталева вісь з роликом 21, до якої кріпляться однією стороною дві пружини, що відключають 23. З іншого боку відключають пружини за допомогою регулюючих гвинтів 25 закріплені в скобі 26, нерухомо встановленої на сталевому брусі 5.

У відключеному положенні система важелів (важіль якоря і контактний важіль) повернена пружинами 23, що відключають, навколо осі 16 до упору якоря 6 в лівий стрижень П-подібного магнітопроводу.

Включає 3 і утримує 1 котушки вимикача отримують харчування від власних потребпостійного струму.

Для включення вимикача необхідно спочатку замкнути ланцюг утримуючої котушки 1, потім - ланцюг включає котушки 3. Напрямок струму в обох котушках має бути таким, щоб магнітні потоки, створювані ними, складалися в правому стрижні сердечника магнітопроводу 9, який служить сердечником котушки, що включає; тоді якір 6 притягнеться до сердечника, що включає котушки, тобто опиниться в положенні «Включено». При цьому вісь 20 разом з контактним важелем 19 повернуться вліво, пружини 23, що відключають, розтягнуться і будуть прагнути повернути контактний важіль 19 навколо осі 20.

Коли вимикач відключений, магнітний якір 4 лежить на торці сердечника, що включає котушки і при включенні вимикача залишається притягнутим до торця сердечника сумарним магнітним потоком, що включає і утримує котушок. Магнітний якір 4 за допомогою тяги 24 пов'язаний зі стопорним важелем 22, який не дозволяє контактному важелю повернутися до упору рухомого контакту нерухомий. Тому між головними контактами залишається зазор, який може регулюватися зміною довжини тяги 24 і повинен дорівнювати 1,5-4 мм.

Якщо зняти напругу з котушки, що включає, то електромагнітні сили, що утримують якір 4 в притягнутому положенні, зменшаться і пружини 23 за допомогою стопорного важеля 22 і тяги 24 відірвуть якір від торця сердечника включає котушки і повернути контактний важіль до замикання головних. Отже, головні контакти замкнуться тільки після того, як буде розімкнуто ланцюг котушки, що включає.

Таким чином, здійснюється принцип вільного розчеплення у вимикачів ВАБ-2. Зазор між магнітним якорем 4 (інакше званим якорем вільного розчеплення) і торцем сердечника, що включає котушки у включеному положенні вимикача, повинен бути в межах 1,5-4 мм.

Схема управління передбачає подачу на котушку, що включає короткочасного імпульсу струму, тривалість якого достатня тільки для того, щоб встигнути перевести якір у положення «Включено». Після цього ланцюг включає котушки автоматично розмикається.

Наявність вільного розчеплення може бути перевірено в такий спосіб. Між головними контактами поміщають папірець і замикають контакт контактора. Відбувається увімкнення вимикача, але доки контакт контактора замкнений, головні контакти не повинні замкнутися і папірець може бути вільно вийнятий з проміжку між контактами. При цьому папірець буде затиснутий між контактами і його не можна буде вийняти.

При включенні вимикача чути характерний подвійний удар: перший - від зіткнення якоря і сердечника, що включає котушки, другий - від зіткнення головних контактів, що замкнулися.

Поляризація вимикача полягає у виборі напрямку струму в котушці, що утримує, в залежності від напрямку струму в котушці головного струму.

Для того щоб вимикач відключив ланцюг при зміні напрямку струму в ній, напрям струму в утримуючій котушці вибирається таким чином, щоб магнітні потоки, створювані котушкою, що утримує, і котушкою головного струму, збігалися по напрямку в сердечнику включає котушки. Отже, при протіканні струму у прямому напрямку струм головного ланцюга сприятиме утриманню вимикача у включеному положенні.

В аварійному режимі при зміні напрямку головного струму на зворотне зміниться напрямок магнітного потоку, створюваного котушкою головного струму в осерді включає котушки, тобто магнітний потік котушки головного струму буде спрямований проти магнітного потоку утримуючої котушки і при певній величині головного струму сердечник включає котушки і пружини, що відключають, відключать вимикач. Швидкодія визначається переважно тим, що в той час як у сердечнику включає котушки магнітний потік зменшується, в сердечнику котушки головного струму магнітний потік збільшується.

Для того щоб вимикач відключив ланцюг при збільшенні струму вище струму уставки в прямому напрямку, вибирають напрямок струму в утримуючій котушці таким чином, щоб магнітний потік утримуючої котушки в сердечнику включає котушки був проти магнітного потоку котушки головного струму при протіканні через неї струму прямого напрямку. У цьому випадку зі збільшенням головного струму збільшується розмагнічування сердечника, що включає котушки і при певній величині головного струму, що дорівнює або перевищує струм уставки, вимикач вимикається.

Струм уставки в обох випадках регулюється зміною величини струму утримуючої котушки і зміною зазору δ1.

Величина струму утримує котушки регулюється зміною величини додаткового опору, що включає послідовно котушці.

Зміна зазору 1 змінює опір магнітному потоку котушки головного струму. З зменшенням зазору δ1 зменшується магнітний опір і, отже, зменшується величина струму, що відключає. Зміна зазору δ1 здійснюється за допомогою регулювального гвинта 11.

Зазор 2 між упорами 14 і щоками важеля якоря 15 у включеному положенні вимикача характеризує якість замикання головних контактів і повинен бути в межах 2-5 мм. Завод випускає вимикачі із зазором δ2 рівним 4-5 мм. Величина зазору 2 визначає кут повороту контактного важеля 19 навколо осі 20.

Відсутність зазору δ2 (упори 14 стикаються з щоками важеля якоря 15) говорить про поганий контакт або відсутність контакту між головними контактами. Зазор δ2 менше 2 або більше 5 мм свідчить про те, що головні контакти стикаються лише з нижнім або верхнім краєм. Зазор δ2 може бути малий внаслідок великого зношування контактів, які в цьому випадку замінюються.

Якщо ж розміри контактів достатні, то регулювання зазору δ2 здійснюється шляхом пересування всього механізму, що включає, по рамі вимикача. Для пересування механізму звільняють два болти, якими прикріплений механізм до рами.

Відстань між головними контактами у відключеному положенні має бути рівна 18-22 мм. Натискання головних контактів для вимикачів на номінальний струм до 2000 а включно має бути в межах 20-26 кг, а для вимикачів на номінальний струм 3000 а - в межах 26-30 кг.

На рис. 2 б показана рухлива система вимикача з позначенням межі граничного зносу контактів. Рухомий контакт вважається зношеним, коли розмір Б стане менше 16 мм, а нерухомий контакт - коли розмір стане менше 6 мм.

На рис. 3 дана розгорнута схема управління вимикачем ВАБ-2. Схема передбачає подачу короткочасного імпульсу на котушку, що включає, і не допускає багаторазові повторні включення при довго натиснутій кнопці включення, тобто здійснює захист від «дзвінковості». Утримуюча котушка постійно обтікається струмом.

Для включення вимикача натискають на кнопку «Увімк.», замикаючи цим ланцюг котушок контактора і блокуючого РБ. При цьому спрацьовує тільки контактор, який замикає ланцюг ВК, що включає котушки.

Як тільки якір займе положення «Включено», блок-контакти БА вимикача замкнуться, а розмикаючі - розімкнуться. Один з блок-контактів шунтує котушку контактора К, який розірве ланцюг котушки, що включає. У цьому випадку вся напруга мережі буде додана до котушки блокуючого реле РБ, яке, спрацювавши, своїми контактами ще раз шунтує котушку контактора.

Для повторного увімкнення вимикача треба розімкнути кнопку ввімкнення і знову замкнути.

Розрядний опір CP, включений паралельно утримує котушці ДК, служить зниження перенапруги при розмиканні ланцюга котушки. Регульований опір ЦД забезпечує можливість зміни струму котушки, що утримує.

Номінальний струм утримує котушки при напрузі 110 дорівнює 0,5 а, а номінальний струм включає котушки при тому ж напрузі і паралельному з'єднанніобох секцій – 80 а.

Рис. 3. Електрична схемауправління вимикачем ВАБ-2: Вимкнути. - кнопка відключення, ДК - утримуюча котушка, СД - додатковий опір, CP - розрядний опір, БА-блок-контакти вимикача, ЛK, ЛЗ - червона та зелена сигнальні лампи, Увімк. - кнопка включення, К - контактор та його контакт, РБ - реле блокування та його контакт, ВК - що включає котушка, АП - автоматичний перемикач

Допустимі коливання напруги оперативних кіл від - 20% до + 10% від номінальної напруги.

Повний час відключення ланцюга вимикачем ВАБ-2 становить 0,02-0,04 сек.

Гасіння дуги при розриві вимикачем ланцюга під навантаженням відбувається в дугогасній камері за допомогою магнітного дуття.

Котушка магнітного дуття зазвичай включена послідовно головного нерухомого контакту вимикача і є витоком головної струмовідної шини, всередині якого знаходиться сердечник, виконаний зі сталевої стрічки. Для концентрації магнітного поля в зоні утворення дуги на контактах осердя котушки магнітного дуття у вимикачів має полюсні наконечники.

Камера дугогашення (рис. 4) являє собою плоску коробку, виконану з азбестоцементу, всередині якої зроблено дві поздовжні перегородки 4. У камері встановлено ріг 1, всередині якого проходить вісь обертання камери. Цей ріг електрично пов'язані з рухомим контактом. Інший ріг 7 укріплений на нерухомому контакті. Для забезпечення швидкого переходу дуги з рухомого контакту на ріг відстань рога від контакту повинна бути не більше 2-3 мм.

Виникла при відключенні між контактами 2 і 6 електрична дуга під дією сильного магнітного поля котушки магнітного дуття 5 швидко дмухається на роги 1 і 7, подовжується, охолоджується зустрічним потоком повітря і стінками камери у вузьких щілинах між перегородками і швидко гасне. Рекомендується вставляти керамічні плитки в стінки камери в зоні дугогасіння.

Камери дугогашення вимикачів на напругу 1500 і вище (рис. 5) відрізняються від камери на напругу 600 у великими габаритними розмірами та наявністю в зовнішніх стінках отворів для виходу газів та пристрою додаткового магнітного дуття.

Рис. 4. Камера дугогашення вимикача ВАБ-2 для напруги 600 в: 1 і 7 - роги, 2 - рухомий контакт, 3 - зовнішні стінки, 4 - поздовжні перегородки, 5 - котушка магнітного дуття, 6 - нерухомий контакт

Рис. 5. Камера дугогашення вимикача ВАБ-2 для напруги 1500: а - пристрій камери, б - схема дугогашення з додатковим магнітним дуванням; 1 - рухомий контакт, 2 - нерухомий контакт, 3 - котушка магнітного дуття, 4 І 8 - роги, 5 і 6 - допоміжні роги, 7 - допоміжна котушка магнітного дуття, I, II, III, IV - положення дуги в процесі гасіння

Пристрій додаткового магнітного дуття є двома допоміжними рогами 5 і 6, між якими включена котушка 7. У міру подовження дуги вона починає замикатися через допоміжні роги і котушку, яка внаслідок протікання через неї струму створює додаткове магнітне дуття. У всіх камерах зовні є полюсні металеві накладки.

Для швидкого та стійкого гасіння дуги розбіжність контактів має бути не менше 4-5 мм.

Корпус вимикача виконаний з немагнітного матеріалу - силуміну - і з'єднаний з рухомим контактом, тому під час роботи перебуває під повною робочою напругою.

Вимикач автоматичний швидкодіючий постійного струму ВАТ-42

Експлуатація автоматичних вимикачів постійного струму

В експлуатації необхідно стежити за станом основних контактів. Падіння напруги між ними при номінальному навантаженні має бути в межах 30 мВ.

Зачистку контактів від окису проводять дротяною щіткою (крацюванням). При появі напливів їх знімають напилком, проте обпилювати контакти для відновлення їх первинної плоскої форми не слід, так як це призводить до їх швидкого зносу.

Необхідно періодично очищати стінки камери дугогасіння від мідних та вугільних нальотів.

При ревізії вимикача постійного струму проводять перевірку ізоляції тримає та включає котушок по відношенню до корпусу, а також опору ізоляції стінок камери дугогашення. Ізоляція камери дугогасіння перевіряється додатком напруги між головними рухомим та нерухомим контактами при закритій камері.

Перед введенням вимикача в експлуатацію після ремонту або тривалого зберіганнякамера його повинна піддатися сушінню протягом 10-12 год при температурі 100-110°.

Після сушіння камера встановлюється на вимикач та вимірюється опір ізоляції між двома точками камери, розташованими проти рухомого та нерухомого контактів, коли вони розімкнуті. Цей опір має бути не менше 20 мом.

Калібрування уставок вимикачів проводиться в лабораторії струмом, що отримується від низьковольтного генератора номінальною напругою 6-12 ст.

На підстанції калібрування вимикачів проводиться струмом навантаження або за допомогою реостата навантаження при номінальній напрузі 600 ст. Може бути рекомендований спосіб калібрування вимикачів постійного струму за допомогою калібрувальної котушки з 300 витків дроту ПЕЛ діаметром 0,6 мм, насадженої на осердя котушки головного струму. Пропускаючи через котушку постійний струм, за кількістю ампервітків у момент відключення вимикача встановлюють величину струмової уставки. Вимикачі першого виконання, що випускалися раніше, відрізняються від вимикачів другого виконання наявністю масляного демпфера.

Вперше в асортименті МПО Електромонтаж з'явилися автоматичні вимикачі для комутації та захисту кіл постійного струму від коротких замикань та перевантажень.

У принципі, у разі крайньої необхідності, в «постійний» ланцюг можна поставити і «змінний» автомат, але ретельно перерахувати номінал по струму в 1,3-1,9 разів більше, тому що при протіканні постійного струму відбувається помітно більший нагрів провідників, зокрема й усередині приладу. Але навіщо, якщо вони тепер уже є спеціально розраховані та призначені.

Це моделі Schneider Electric С32 Н-DC, двополюсні, з відключною здатністю 10 кА, розраховані на номінальні струми 2, 3, 6 та 10 А (№№ К8012–К8015 за нашим прайс-листом). Характеристика відключення - З (тип миттєвого розчеплення, чи залежність часу відключення навантаження від величини струму головного ланцюга автомата), тобто уставка електромагнітного розчіплювача - не більше від 5 до 10 значень номінального струму - Iн. Уставка теплова - (1,13-1,45) Iн. Такі параметри характерні для освітлювальних мереж та установок із помірними пусковими струмами. Це можуть бути системи автоматизації та управління промисловими процесами, транспорт, відновлювана енергія.

Для вимикачів постійного струму є непорушна вимога: дотримуватися полярності підключення живлення, як зазначено на апараті.

Автомати для постійного та змінного струмувідрізняються не тільки розмірами контактів - у перших вони потужніші, і конструкція захисту (число витків та діаметр дроту) дещо інша.

Але головне - постійне магнітне поле в котушках пристрою захисту впливає на сердечник не тільки в рази сильніше, ніж змінне напруження, що змінює, з частотою 50 Гц. Воно створює, залежно від полярності, або тягне, або виштовхує механічний момент. Помилитись не можна.

Кріпляться наші нові автомати на DIN-рейку, розмір - 2 модулі (36 мм), габарити 81х76 мм, маса 250 г.

Модульні автоматичні вимикачі постійного струму, або автомати, використовуються в електромережах і електроустановках, телекомунікаційних шафах, щитах автоматизації. Чому їх називають модульними? Вся справа в тому, що вони випускаються в стандартних компактних корпусах і є однополюсними модулями, з яких можуть складатися однополюсні, двополюсні або триполюсні пристрої. Згідно з наявним стандартом, ширина одного такого полюса дорівнює 17,5 мм.

Автоматичний вимикач постійного струму відрізняється від звичайного тим, що він розриває ланцюг у разі короткого замикання або його навантаження автоматично. Конструкція пристрою включає кілька основних елементів:

Багато хто знає зі шкільного курсу фізики, що струм буває змінним та постійним. Якщо про застосування змінного струму ми ще щось можемо з упевненістю сказати (всі побутові електроприймачі живляться від змінного струму), то постійного ми не знаємо практично нічого. Але якщо є мережі постійного струму, значить є і споживачі, і відповідно захист таким мережам теж потрібний. Де зустрічаються споживачі постійного струму й у чому відмінність апаратів захисту цього роду струму ми розглянемо у статті.

Жоден з типів електричного струмуне «краще», ніж інший – кожен підходить для вирішення певних завдань: змінний струм ідеальний для генерації, передачі та розподілу електроенергії на великі відстані, тоді як постійний струм знаходить своє застосування на спеціальних промислових об'єктах, установках сонячної енергії, центрах обробки даних, електричних підстанціях та ін.

Шафа розподілу постійного оперативного струму електричної підстанції

Розуміння відмінностей змінного та постійного струму дає чітке уявлення про завдання, із якими стикаються автоматичні вимикачі постійного струму. Змінний струм промислової частоти (50 Гц) змінює свій напрямок в електричному ланцюзі 50 разів на секунду і стільки ж разів «переходить» через нульове значення. Цей «перехід» значення струму через нуль сприяє якнайшвидшому гасінню електричної дуги. У ланцюгах постійного струму значення напруги постійно - як і напрям струму постійно у часі. Цей факт суттєво ускладнює гасіння дуги постійного струму, тому вимагає спеціальних конструкторських рішень.

Поєднані графіки нормального та перехідного режимів при відключенні: а) змінного струму; б) постійного струму

Одне з таких рішень – використання постійного магніту (3). Рух дуги в магнітному полі є одним із способів гасіння в апаратах до 1 кВ та знаходить застосування у модульних автоматичних вимикачах. На електричну дугу, яка є провідником, впливає магнітне поле, і та затягується в дугогасну камеру, де остаточно загасає.

1 - рухомий контакт
2 – нерухомий контакт
3 - срібловмісна контактна напайка
4 – магніт
5 - дугогасна камера
6 - скоба

Полярність треба дотримуватися

Ще однією і, мабуть, ключовою відмінністю між автоматичними вимикачами змінного та постійного струму є в останніх наявність полярності.

Схеми підключення однополюсного та двополюсного автоматичного вимикача постійного струму

Якщо ви захищаєте однофазну мережу змінного струму за допомогою двополюсного автоматичного вимикача (з двома захищеними полюсами), то немає різниці в якому з полюсів підключати фазний або нульовий провідник. При підключенні ж у мережу постійного струму автоматичних вимикачів необхідно дотримуватися правильної полярності. При підключенні однополюсного вимикача постійного струму напруга живлення подається на клему «1», а при підключенні двополюсного - на клеми «1» і «4».

Чому це так важливо? Дивіться відео. Автор ролика проводить кілька тестів з 10-ти амперним вимикачем:

1. Включення вимикача в мережу з дотриманням полярності нічого не відбувається.
2. Вимикач встановлений у мережу зворотною полярністю; параметри мережі U = 376, I = 7,5 А. Як результат: сильне димовиділення з подальшим займанням вимикача.
3. Вимикач встановлений з дотриманням полярності, а струм ланцюга становить 40 А, що в 4 рази перевищує його номінал. Тепловий захист, як це і повинно бути, розімкнув ланцюг, що захищається, через кілька секунд.
4. Останній і найжорсткіший тест проводився з таким самим 4-х кратним перевищенням по струму і зворотною полярністю. Результат не змусив на себе довго чекати - миттєве займання.

Таким чином, автоматичні вимикачі постійного струму – це пристрої захисту, що застосовуються для об'єктів альтернативної енергетики, систем автоматизації та управління промислових процесів та ін. Спеціальні виконання захисних характеристик Z, L, K дозволяють захищати високотехнологічне обладнання промислових підприємств.