Воздушный автоматический выключатель

Типы расцепителей

В защиту включают электромагнитный и термический расцепитель. Работа каждого элемента автономна и не зависит от состояния друг друга.

Тепловой расцепитель представляет собой металлическую пластину, назначение которой — реагирование на нагрев. Для включения прибора пластина должна остыть до исходной допустимой температуры.

Принцип действия автоматического выключателя зависит от конкретной ситуации.

Рабочий режим

Электрические автоматы включаются поднятием рычага управления. Механизм взвода и расцепления переключается в активное состояние. Происходит коммутация силовых контактов: ток протекает между ними (от неподвижного к подвижному). После этого движение продолжается через гибкую связь на катушку электромагнитного расцепителя, после — по гибкой связи на тепловой расцепитель. На «питающую» электролинию ток выходит через нижнюю клемму.

Механизм действия при коротком замыкании (КЗ)

Своевременное отключение подачи нагрузки обеспечивается электромагнитным расцепителем. Принцип работы автоматического выключателя при КЗ сводится к следующей схеме: превышающее допустимую норму напряжение, протекая через электромагнитную катушку расцепителя, образует магнитное поле высокой мощности. В результате якорь с подвижным контактом опускается вниз, воздействуя на рычаг спускового механизма, после чего отключается нагрузка.

Таким образом, незамедлительно возникшее магнитное поле провоцирует реакцию на обесточивание сети до возникновения аварийной ситуации.

В ходе возникновения разряда, между контактами образуются продукты горения, а также повышается давление внутри корпуса автомата. Требуется устранение побочных реакций, для чего предусмотрены каналы в коробе автомата.

Перегрузка

Сеть защищается благодаря тепловому расцепителю — биметаллической пластине. При этом ток, поступая через нее, может превышать значение нормы, что ведет к ее перегреву и последующему изгибу. Достигая определенного угла изгиба, пластина воздействует на спусковое устройство, в ходе чего автомат отключается.

Разогрев биметалла требует времени. Продолжительность зависит от степени превышения значения воздействующего тока и может составлять несколько секунд или длиться до часа. Это свойство позволяет не отключать питание при непродолжительных или случайных превышениях тока в сети. Нижняя граница допустимого значения, при котором срабатывает терморасцепитель, устанавливается заводом-изготовителем. На корректную работу теплового элемента способна влиять температура воздуха окружающей среды. Указанные в маркировке технические параметры актуальны для температуры до 30 градусов. В прохладном помещении ток может достигать значения выше допустимого, в жарком — срабатывать при более низком значении.

Термический расцепитель более медлительный, чем магнитный, но имеет преимущество, так как работает более точно, а настроить его проще.

Производители и поставщики высоковольтных выключателей

Среди производителей и поставщиков высоковольтных выключателей можно выделить такие, как:

  • Группа компаний «Электрощит ТМ», Самара. Уже на протяжении лет компания занимается производством и реализацией высоковольтного оборудования, в том числе и выключателей. На базе компании функционируют сервисные центры по ремонту и обслуживанию данного типа оборудования.
  • ОАО «Уралэлектротяжмаш». Является одним из крупнейших производителей высоковольтного оборудования и комплектующих. Продукция компании поставляется в Египет, США, Сирию, Австрию и другие страны.
  • АО «Вологодский ЭМЗ». Специализируется на поставке трансформаторного, высоковольтного и низковольтного оборудования и комплектующих. На базе компании созданы центры обслуживания и ремонта поставляемой продукции, оборудованные современной техникой.

Поставки в регионы осуществляют официальные дилеры заводов.

Больше о высоковольтных выключателях: типах, выборе, испытаниях; можно узнать на выставке «Электро».

Упаковочные линииЭлектропередачаВысоковольтные линии электропередач

Особенности дальнейшего ухода

Классификация и типы воздушных выключателей

Силовые выключатели, в том числе и воздушные, в первую очередь принято классифицировать по типу конструкции и назначению, после чего уже рассматриваются технические характеристики. Начнем с более приоритетного критерия классификации.

По назначению

В зависимости от назначения воздушные коммутаторы разделяют на следующие виды:

  • Сетевая группа, в нее входят электромеханические аппараты, с номинальным напряжением начиная от 6,0 кВ. Могут использоваться как для оперативной коммутации цепей, так и аварийного отключения, например, при КЗ.
  • Генераторная группа. Она включает в себя электроаппараты, рассчитанные на 6,0-20,0 кВ. Данные приборы могут коммутировать цепь, как при нормальных условиях, так и в случае КЗ или наличия пусковых токов.
  • Категория для работы с энергоемкими потребителями (дуговые, руднотермические, сталеплавильные печи и т.д.).
  • Группа особого назначения. Она включает в себя следующие подвиды:
  1. Воздушные коммутаторы сверхвысокой категории напряжения, служащие для подсоединения к ЛЭП реакторов шунтирующего действия, если в линии произошло перенапряжение.
  2. Выключатели цепей с ударными генераторами (используются при стендовых испытаниях), рассчитанные на коммутацию в нормальном режиме работы и при возникновении нештатных ситуаций.
  3. Аппараты в цепях 110,0-500,0 кВ, обеспечивающих прохождение, как при нормальных условиях работы, так и определенное время при КЗ.
  4. Воздушные коммутаторы, входящие в комплект распределительных устройств.

По конструктивному исполнению

Особенности конструкции выключателей определяют их тип установки. В зависимости от этого различают следующие виды аппаратов:

  • Входящие в комплект к РУ (встраиваемые).
  • Снабженные специальными устройствами выкатки из ячеек РУ относятся к выкатному типу.

    Выкатной воздушный выключатель Metasol

  • Настенное исполнение. Приборы, устанавливаемые на стены в РУ закрытого типа.
  • Подвесные и опорные (отличаются типом изоляции на «землю»).

Выключатели серии ВВБ

Выключатели этой серии изготовляет ПО «Электроаппарат» для номинальных напряжений от 110 до 750 кВ. Дугогасительные модули с двумя разрывами и односторонним дутьем имеют условное напряжение 110 кВ. Число модулей у выключателей с номинальным напряжением 110, 220, 330, 500 и 750 кВ равно соответственно 1,2,4,6 и 8. Модули устанавливают на колоннах из фарфоровых изоляторов. Выключатели 110 кВ имеют один модуль и одну опорную колонну. Выключатели 220-750 кВ имеют по два модуля на каждой колонне, расположенных один над другим и соединенных последовательно перемычкой (рис.3).

Рис.3. Выключатель серии ВВБ-220 с двумя модулями на одной колонне:
1 — шкаф управления; 2 — опорный изолятор;
3 — дугогасительное устройство; 4 — делитель напряжения;
5 — соединительный проводник; 6 — шунтирующий резистор

Давление воздуха для выключателей 110, 220 и 500 кВ равно 2 МПа; для выключателей 750 кВ — 2,6 МПа; для выключателей 330 кВ — 2 и 2,6 МПа. Выключатели 110 и 220 кВ имеют шунтирующие резисторы с сопротивлением 50-100 Ом; выключатели 330, 500 и 750 кВ шунтирующих резисторов не имеют. Номинальные токи отключения выключателей серии ВВБ равны 31,5 и 40 кА в зависимости от исполнения.

Выключатели серии ВВБ имеют пневматическую систему управления. Пусковые клапаны для включения и отключения с соответствующими электромагнитами расположены у основания выключателя, около ресивера с запасом сжатого воздуха, и находятся под потенциалом земли. В полых опорных колоннах проложены воздуховоды из изоляционного материала, из которых один служит для пополнения бачков сжатым воздухом, а второй для управления контактами и дутьевыми клапанами модулей, находящихся под напряжением.

Рис.4. Дугогасительное устройство выключателя серии ВВБ

Дугогасительное устройство выключателя серии ВВБ показано на рис.4. Здесь 1 — стальной бачок с литыми вводами (на рисунке не показаны), заполненный воздухом под давлением; 2 — неподвижные контакты, укрепленные на вводах; 3 — подвижная траверса с пальцевыми контактами 4; 5 — металлические сопла; 6 — механизм, фиксирующий положение траверсы; 7 — тарелка дутьевого клапана; 8 — поршень; 9 — шток.

Снизу к бачку прикреплен дутьевой клапан прямого действия, который состоит из следующих частей: корпуса 10, цилиндра 11 с поршнем 12, кольцом 13 и пружиной 14. Поршень 12 соединен полым штоком 15 с тарелкой 7 дутьевого клапана.

На рис.4 дугогасительное устройство показано в положении «включено». При этом контактная траверса находится в нижнем положении, контакты замкнуты, а тарелка дутьевого клапана 7 прижата к седлу давлением воздуха в бачке.

Процесс отключения протекает следующим образом. При КЗ реле защиты замыкает цепь электромагнита отключения; открывается соответствующий пусковой клапан и сжатый воздух из ресивера по воздуховоду 17 поступает под поршень 12 дутьевого клапана. Поршень перемещается вверх вместе с кольцом 13 и тарелкой 7, открывая выход воздуху из бачка наружу через отверстие 16. Одновременно с тарелкой 7 перемещается и поршень 8 со штоком 9 и траверсой 3. Между неподвижными контактами 2 и стенками сопел 5 зажигаются дуги, которые гасятся в потоке воздуха.

Дутьевой клапан открыт до тех пор, пока силы, действующие на поршень 12 снизу, не сравняются. Снизу на поршень действует воздух, подаваемый из ресивера, сверху — сила пружины 14 и сжатый воздух, просачивающийся снизу через дроссель, встроенный в поршень 12 (на рисунке не показан). Когда давление воздуха на поршень сверху и снизу сравняется, он переместится вниз вместе с тарелкой 7; дутьевой клапан закроется.

Продолжительность дутья можно регулировать с помощью дросселя.

Посте закрытия дутьевого клапана поршень 8 удерживается в верхнем положении сначала давлением воздуха снизу, а затем — фиксирующим механизмом 6.

Для включения выключателя необходимо выпустить воздух из-под поршня 12 через воздуховод 17. Тогда давление воздуха под и над поршнем 12, а также под поршнем 8 понизится.

Когда давление под поршнем 8 окажется меньшим, чем над ним, он опустится вместе со штоком 9, преодолев сопротивление фиксирующего механизма. Контакты выключателя замкнутся.

Подготовка воздуха

Если распределительная подстанция оборудован этим типом выключатели то к воздуху, подаваемому в них тоже предъявляться ряд требований, направленных на подготовку воздуха его очистку и удаление влаги. Пыль, имеющаяся в воздухе, даже очень мелкая снижает разрядное напряжение, а также засоряет клапаны. Особую опасность вызывает влажность, которая при изменениях в окружающей среде может конденсироваться в воздуховоде. Из-за этого зимой, возможно, обледенение клапанов и труб, и нарушение проходимости воздуха под давлением. Стальные же элементы быстро ржавеют и изнашиваются. Появление конденсата на внутренней поверхности изоляторов, приводит к ухудшению электрической прочности и даже к пробоям.
Для очистки воздуха используются масляные фильтры, которые установлены на всасывающих патрубках. Чистка их должна быть регулярной, и чем выше запыленность тем меньше период между ними. Уменьшение влаги в воздухе производится путём подвергания его сжатию выше номинального давления в два раза. Влага, улавливаемая в змеевике, спускается, а сжатый воздух проходит через редуктор, который и снижает его давление. Дополнительная осушка выполнятся может с помощью абсорбентов, улавливающих воду из воздуха. Эти две беспрецедентные меры позволяют добиться значительного снижения влаги почти до нулевого значения.

Принцип действия

В момент разрывания контактов возникает дуга. Достигая решетки камеры дугогашения, она начинает вытягиваться, а под действием тепла воздух, находящийся в камере, вытекает через решетки, увлекая дальше за собою продукты образованные плазмой, прекращая ее проявления физически.

Понимание процессов, происходящих в коммутируемых цепях, а также способы подавления нежелательных явлений, помогли создать достаточно компактные по размеру и весу аппараты, способные производить отключения тока сотнями ампер. На фото ниже представлен типичный представитель автоматического воздушного выключателя:

Выключатель и предохранитель

Перегрузки в сети способны привести к возгоранию или как минимум к порче установленного электрооборудования. Для предотвращения таких ситуаций используется воздушный выключатель для STP 100 и предохранитель, механизм действия которых заключается в прерывании тока, но при этом каждый из них имеет свои особенности. Основная часть предохранителя представлена металлическим элементом, расплавляемым при чрезмерном нагреве. Воздушный выключатель использует специальный механизм, который срабатывает на критическое напряжение, также устройство после реагирования достаточно привести в действие, в то время как предохранители зачастую приходится заменять на новые, но их главным преимуществом является быстрая скорость срабатывания.

Также стоит отметить, что в зависимости от условий эксплуатации каждый из вариантов является более предпочтительным. Предохранители реализуются во всех магазинах сопутствующих товаров и отличаются невысокой стоимостью. Быстрое реагирование на превышение напряжения позволяет обеспечить надежную защиту для устройств, отличающихся высокой чувствительностью.

Помимо возможности сброса, воздушный выключатель 110 кВ обладает множеством других положительных сторон. К примеру, можно сразу определить среагировавшее устройство и быстро привести его в работу.

Аварийные режимы работы

Принцип работы автоматического выключателя переменного тока таков, что при аварийной ситуации (перегрузка или короткое замыкание) происходит отключение защищаемой цепи. Начинает работать механизм свободного расцепления, он приводится в действие специальным расцепителем (обычно электромагнитные или тепловые используются в конструкциях). Давайте рассмотрим особенности обоих типов расцепителей.

Тепловой – это пластина из биметалла, которая состоит из двух слоев сплавов, у которых разные коэффициенты термического расширения. Когда ток проходит по пластине, происходит ее нагрев и она изгибается в то сторону, на которой находится металл с наименьшим коэффициентом. Когда значение силы тока превышает допустимые значения, изгиб становится таким, что его достаточно для того чтобы привести в действие весь расцепительный механизм. При этом размыкается цепь.

Электромагнитные расцепители состоят из соленоида с сердечником (подвижным), который удерживается пружиной. Когда происходит превышение максимального тока, то в катушке начинает наводиться поле. Под его действием сердечник начинает втягиваться внутрь соленоида, пружина при этом сжимается. В этот же момент начинает срабатывать расцепитель. В штатном режиме в катушке также происходит наведение поля, но у него маленькая сила, ее недостаточно для того, чтобы сжать пружину.

Требования к автоматическим выключателям специального исполнения

Работа в тропическом климате

Автоматические выключатели и дополнительные элементы климатического исполнения Т, ТВ, ТС (тропического, тропического влажного и тропического сухого) испытываются в соответствии со стандартом ИЭК 60068-2-30 путём выполнения 2 рабочих циклов при 55 °C. Конструктивно пригодность выключателей для эксплуатации 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 климатического исполнения М выдерживают влияние вибраций, вызванных механическими или электромагнитными воздействиями, величина которых регламентируется стандартом ИЭК 60068-2-6, а также техническими условиями следующих организаций:

  • RINA;
  • Det Norske Veritas;
  • Bureau Veritas;
  • Регистр Ллойда;
  • Germanischer Lloyd;
  • Nippon Kaiji Kyokai;
  • Korean Register of Shipping;
  • ABS;
  • Российский морской регистр судоходства.

Согласно стандарту ИЭК 60068-2-27, автоматические выключатели также испытываются на стойкость к ударным воздействиям до 12 g в течение 11 мс.

Автоматические выключатели с защитой по току в нейтрали

Исполнение автоматических выключателей с защитой по току нейтрали 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 (тиристорные преобразователи, 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.

Принцип работы воздушного выключателя

Гашение дуги в воздушном выключателе может происходить как продольным так и поперечным движением воздуха. Количество контактных разрывов в одном полюсе зависит от номинального напряжения выключателя. Параллельно к дугогасящим контактам обычно подключается шунтирующие
сопротивления для облегчения гашения дуги.

Принципы работы механизмов в выключателях с отделителем и без отделителя несколько отличается.

  • В выключателях с отделителем дугогасящие контакты соединены с поршнями в контактно — поршневой механизм. Последовательно с дугогасительными контактами включен отделитель. Дугогасящие контакты с отделителем образуют полюс выключателя. Во включённом состоянии выключателя дугогосящие контакты и отделитель замкнуты. При подаче сигнала на отключение, срабатывает электромагнитный пневмоклапан, который открывает пневмопровод и воздух от расширителя (ресивера), воздействует на поршни дугогасящих контактов. Контакты размыкаются и возникающая дуга гасится потоком воздуха, затем отключается отделитель, разрывая остаточный ток. Время подачи воздуха рассчитывается так, чтобы возникшая дуга была гарантированно погашена. Как только подача воздуха прекращается, дугогасительные контакты возвращаются во включённое состояние, а разрыв цепи обеспечивается разомкнутым отделителем. Конструктивно отделитель может быть выполнен открыто — такая конструкция обычно применяется в выключателях вплоть до 35 кВ. В выключателях на большее номинальное напряжение отделители изготовляются в виде воздухонаполненных камер. Примером выключателя с отделителем может быть выключатель ВВГ-20 (СССР).
  • В выключателях без отделителя дугогасящие контакты выполняют роль как дугогашения так и разрыв цепи в отключённом состоянии (функции отделителя).

В конструкции выключателей без отделителя применяются воздухонаполненные камеры (резервуары) с размещёнными внутри них дугогасительными устройствами. Привод контактов отделён от гасящей среды. Контакты могут быть выполнены одно- и двухступенчатыми.

Автоматический воздушный выключатель

Автоматические воздушные выключатели предназначены для защиты электрических установок при перегрузках и коротких замыканиях.

Автоматические воздушные выключатели выпускают в одно -, двух — и трехфазном исполнении постоянного и переменного тока.

Блок рубильник — предохранитель.

Автоматический воздушный выключатель ( автомат) — аппарат, предназначенный для автоматического размыкания электрических цепей при ненормальных режимах работы и для редких оперативных переключений при нормальных режимах работы.

Кривая зависимости времени срабатывания автоматического выключателя от тока. а — нормального. б — быстродействующего.

Автоматический воздушный выключатель ( автомат) — аппарат, предназначенный для автоматического размыкания электрических цепей. Воздушным он называется потому, что электрическая дуга гасится в среде окружающего воздуха в отличие от выключателя, в котором дуга гасится в масле или другой среде.

Автоматические воздушные выключатели ( автоматы) служат для автоматического размыкания силовых электрических цепей при редко возникающих коротких замыканиях, недопустимых перегрузках, исчезновении или снижении напряжения, а также для нечастой коммутации тех же цепей в нормальных условиях.

Автоматические воздушные выключатели предназначены для включения и отключения электроустановок низкого напряжения постоянного и переменного тока. Автоматические выключатели обычно выполняют со встроенными защитными устройствами. По роду защиты, осуществляемой автоматами, они делятся на автоматы максимального тока и автоматы минимального напряжения. Имеются также максимально-минимальные автоматы.

Автоматические воздушные выключатели — автоматы находят широкое применение в цепях управления электродвигателями.

Автоматические воздушные выключатели совмещают функции рубильников и предохранителей, так как защищают установку от перегрузки и токов коротких замыканий, а с другой стороны, используются для нечастых включений и выключений установок. Вместе с тем выключатель может применяться для отключения аппаратуры от сети при исчезновении напряжения или снижении его ниже определенной расчетной величины. На рис. 1 — 19 показана схема однополюсного воздушного автоматического выключателя ( автомата), срабатывающего при возрастании тока до определенного значения. Защелка 5 удерживает рубильник в вертикальном рабочем положении.

Автоматические воздушные выключатели ( автоматы) предназначены для включения и отключения силовых цепей постоянного и переменного тока при напряжении до 500 В и небольшой частоте включений. Они занимают промежуточное положение между аппаратурой ручного и автоматического действия.

Автоматический воздушный выключатель — это аппарат, предназначенный для автоматического размыкания электрических цепей или отключения электроустановки при возникновении в них токов перегрузки и короткого замыкания, а также при недопустимом снижении или полном исчезновении напряжения. Воздушным называют выключатель потому, что электрическая дуга, возникающая между его контактами в момент отключения, гасится в среде окружающего воздуха. Воздушные автоматические выключатели выполняют, как правило, функции защитных аппаратов, однако при необходимости могут быть использованы в качестве коммутационных аппаратов — при нечастых эксплуатационных включениях и отключениях тех электрических цепей, в которых они установлены как аппараты защиты.

Схема теплового Принципиальная реле схема автомата.

Автоматические воздушные выключатели ( автоматы) осуществляют защиту электроустановок при коротких замыканиях и перегрузках. Они также служат для нечастых оперативных включений и отключений этих установок.

Автоматический воздушный выключатель защищает стенд от коротких замыканий и перегрузок. Он включается в трехфазную сеть, удобен, надежен и выгодно отличается от предохранителей.

Структура условного обозначения

Ниже на рисунке приведена структура обозначений электрических коммутационных аппаратов в соответствии с номами ГОСТ 687 78.


Структура маркировки выключателей

Обозначения:

  1. Может быть от двух до пяти литер. Первая указывает на тип изделия, для выключателей это «В». Остальные характеризуют конструктивные особенности и другие существенные характеристики, такие как исполнение, тип установки и т.д. Например, выключатели серии ВВБ: первая буква говорит, что это выключатель (В), вторая указывает категорию – воздушный (В), третья на тип исполнения – баковый (Б). Также можно привести серию ВВШ, где «Ш» указывает на применение в электрической схеме выключателя шунтированных резисторов.
  2. Отображение номинального напряжения прибора (кВ).
  3. Для выключателей с 1-й категорией размещения указывается группа утечки изоляции (буквы «А», «Б», «В»).
  4. Номинальное значение тока отключения (кА).
  5. Отображение номинального тока коммутатора (А).
  6. Вариант климатического исполнения.
  7. Обозначение категории размещения.

Для примера расшифруем обозначение выключателя ВВБК-110-35/2000 У2. Исходя из маркировки это воздушный выключатель бакового типа в крупномодульном исполнении (литера «К» в обозначении модели). Устройство предназначено для коммутации цепей на 110,0 кВ с током отключения 35,0 кА и рабочим — 2000,0 А. Может эксплуатироваться в климатических условиях близких к умеренным.


Выключатели серии ВВБК

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий