Воздушный автоматический выключатель

Воздушный автоматический выключатель

Содержание

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Ключевые определения

Рис. 1 Воздушный автоматический выключатель Терасаки (Япония).

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.
Рис. 2 Автоматический выключатель Терасаки в литом корпусе.

КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Одними из основных критериев классификации автоматических выключателей являются:
  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.

Рис. 3 Эффект токоограничения при нарастании токов КЗ.

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.

Рис. 4 Конструкция автоматического выключателя.

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.

Рис. 5 Технологии «двойного разрыва» в выключателях Терасаки.

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

Рис. 6 Внешний вид автоматического выключателя.

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.

Рис. 7 Защитные характеристики автоматического выключателя.

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.

Рис. 8 Время-токовые характеристики автоматических выключателей.

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:

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.

ТРЕБОВАНИЯ К СОВРЕМЕННЫМ АВТОМАТИЧЕСКИМ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМ

В заключении приведем основные требования, и преимущества современных выключателей для тех, кто их использует, включая производителей, проектировщиков и потребителей.

Для производителей и сборщиков распределительных щитов

  • — компактные габаритные размеры выключателей для установки в малогабаритные электротехнические шкафы;
  • — отсутствие необходимости в зазоре между выключателем и другим оборудованием;
  • — малое состояние тепловыделения;
  • — контроль главных контактов;
  • — двойная нейтраль;
  • — замена клеммников цепей управления и аксессуаров без отключения;
  • — одинаковый размер сечения панели у всех выключателей данной серии.

Для конструкторов и проектантов

  • — времятоковые характеристики соответствующие IEC 60255-3;
  • — широкий ряд время-токовых характеристик с обратнозависимой выдержкой времени;
  • — защита от ограниченного и неограниченного короткого замыкания в одном реле;
  • — LSI-характеристики (регулируемая по току и времени защита от перегрузки L, селективная токовая отсечка S и мгновенная токовая отсечка I);
  • — защита, отслеживающая действующее (среднеквадратическое) значение тока;
  • — функция защиты от реверсного режима (характеристика типа S) с последующим отключения нагрузки.

Для конечного потребителя

  • — защитное реле с функцией самодиагностики отключающей катушки;
  • — встроенный тестер в OCR для проверки в on-line режиме без необходимости отключения выключателя;
  • — контроль температуры главных контактов;
  • — диагностика аварийных отключений: тип (перегрузка, короткое замыкание), величина тока короткого замыкания, время отключения, история отключений и др.;
  • — высокая включающая способность для безопасности оператора;
  • — возможность замены главных контактов на месте;
  • — коммуникация с системами диспетчерского управления и сбора данных (BMS или SCADA).

Литература

  1. * А.П. Пищур, "Оборудование в эксплуатации. Ремонт, ретрофит или полная замена автоматических выключателей?". Журнал "Новости ЭлектроТехники", № 4(64), 2010 г.
  2. * Peter Anderson, «Design and retrofitting of low voltage air circuit breakers». Glasgow. United Kingdom. 2010 г.
  3. * А.П. Пищур, "Современные автоматические выключатели". Журнал "Энерго-Инфо" № 1 (60), январь 2012.
  4. * А.П. Пищур, "Cовременные подходы в энергетике при модернизации распределительных устройств". Журнал "Энерго-Инфо" № 11 (58), ноябрь 2011.
  5. * А.А. Чунихин,, "Электрические аппараты". Москва, Энергоатомиздат,1988 г.

Ссылки



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Воздушный автоматический выключатель" в других словарях:

  • воздушный автоматический выключатель — Выключатель, контакты которого размыкаются и замыкаются в воздухе при атмосферном давлении. (МЭС 441 14 27) [ГОСТ Р 50030.2 99 (МЭК 60947 2 98)] En air circuit breaker A circuit breaker in which the contacts open and close in air at atmospheric… …   Справочник технического переводчика

  • воздушный автоматический выключатель — Выключатель, контакты которого размыкаются и замыкаются в воздухе при атмосферном давлении. (МЭС 441 14 27) [ГОСТ Р 50030.2 99 (МЭК 60947 2 98)] En air circuit breaker A circuit breaker in which the contacts open and close in air at atmospheric… …   Справочник технического переводчика

  • воздушный автоматический выключатель — 2.7 воздушный автоматический выключатель (МЭС 441 14 27): Выключатель, контакты которого размыкаются и замыкаются в воздухе при атмосферном давлении. Источник: ГОСТ Р 50030.2 99: Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 2.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Автоматический выключатель — Не следует путать с устройством защитного отключения. Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону. Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов …   Википедия

  • автоматический выключатель — Механический коммутационный аппарат1), способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном… …   Справочник технического переводчика

  • автоматический выключатель — Механический коммутационный аппарат1), способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном… …   Справочник технического переводчика

  • воздушный зазор — Кратчайшее расстояние между двумя токоведущими и/или токоведущей и открытой проводящей частью. МЭК 60050(441 17 31). [ГОСТ Р 50030.1 2000 (МЭК 60947 1 99)] воздушный зазор Кратчайшее расстояние в воздухе между двумя токопроводящими1) частями… …   Справочник технического переводчика

  • воздушный зазор — Кратчайшее расстояние между двумя токоведущими и/или токоведущей и открытой проводящей частью. МЭК 60050(441 17 31). [ГОСТ Р 50030.1 2000 (МЭК 60947 1 99)] воздушный зазор Кратчайшее расстояние в воздухе между двумя токопроводящими1) частями… …   Справочник технического переводчика

  • воздушный зазор между полюсами — Воздушный зазор между любыми токопроводящими частями соседних полюсов. МЭК 60050(441 17 32). [ГОСТ Р 50030.1 2000 (МЭК 60947 1 99)] EN clearance between poles the clearance between any conductive parts of adjacent poles [IEV number 441 17 32] FR… …   Справочник технического переводчика

  • воздушный зазор относительно земли — Воздушный зазор между любыми токопроводящими1) частями и любыми заземленными или предназначенными для заземления частями. МЭК 60050(441 17 33). [ГОСТ Р 50030.1 2000 (МЭК 60947 1 99)] EN clearance to earth the clearance between any conductive… …   Справочник технического переводчика


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.