Загальнi вiдомостi

Лабораторна робота № 5

Дослідження автоматичних вимикачів

Мета роботи: вивчити принцип дії та конструктивні особливості максимального та нульового захисту вимикачів.

Загальнi вiдомостi

При експлуатації електроустановок можливi такi режими роботи, коли електрообладнанню загрожує небезпека руйнування. До них вiдносяться коротке замикання (КЗ), при якому по пристрою проходять струми, що перевищують номiнальний у сотнi й тисячi разiв, режим перевантаження та зниження напруги нижче допустимого рівня.

Термiчна та електродинамiчна дiя струмiв КЗ може вивести з ладу електрообладнання. Така ж загроза, проте у меньшiй мiрi, iснує при зниженнi напруги в мережi та при струмах перенавантаження.

Функцiї захисту вiд аварiйних режимiв виконують автоматичнi вимикачi. Автомат повинен негайно зреагувати на аварiйний режим, що виникає в мережi та автоматично вимкнути пошкоджену дiлянку. Для цього в конструкцiї автомата передбаченi вузли елементiв захисту, якi автоматично знаходять появу в мережі ненормальних умов i дають сигнал на вимкнення.

Автоматичнi вимикачі можуть обслуговувати дiлянки мережi та окремi електродвигуни. Якщо автоматичi вимикачi призначенi для управлiня двигуном iз фазним ротором або пристроїв iз пусковим пристосуванням, то в них обозв’язково повинен бути передбачений нульовий захист. В автоматичних вимикачах, встановлених в мережi, нульовий захист не завжди передбачений.

Відомі такі основнi рiзновиди автоматiв:

1. Автомати постiйного i змiнного струмiв, до яких немає особливих вимог у вiдношеннi швидкодiї (унiверсальнi та установочнi автомати).

2. Швидкодiючi автомати постiйного струму, власний час вимикання яких лежить у межах від десятих долей мiлiсекунди до 5 мкс (автомати призначені для захисту установок, якi перетворюють змінний струм у постійний, а також для захисту підстанцій з генераторами постійного струму).

3. Автомати гасіння магнітного поля, що швидко зводять до нуля магнітне поле, яке створюється обмотками збудження великих генераторів при появі КЗ у їх головному колі.

В даній роботі досліджується трифазний автомат, що має розчіплювачі максимального струму для захисту від струмів короткого замикання та теплові розчіплювачі для захисту від струмів перевантаження.

Конструкцiя автомату складається з 3 основних вузлiв:

1) контактної та дугогасної систем;

2) механізму вільного розчеплення з елементами захисту – розчіплювачами.

3) приводу i механізму автомат.

Розчіплювач максимального струму електромагнiтного типу служить для автоматичного приведення в дiю пристроїв, що вимикають вимикач при проходженнi через електрообладнання струму, значення якого перевищує максимально допустиме. Основна частина розчіплювача максимального струму – електромагнiт, котушки якого включають послiдовно робочим контактам в коло робочого струму.

Струм уставки захисту визначають формулою:

,

де К_н – коефiцiєнт надiйностi захисту, К_н = 1, 2... 1, 5;

К_пов – коефiцiєнт повернення реле, К_пов = 0, 7... 0, 8.

Для захисту від струмів перевантаження як тепловий розчіплювач використовують біметалеву пластину.

Щоб забеспечити двостороннiй кiнематичний зв’язок контактної системи iз захисним реле, автоматичнi вимикачi забезпечуються механiзмом вiльного розчеплення, який призначений для роз’єднання контактної системи при дiї розчіплювачів.

При нормальному струмi якiр електромагнiту знаходиться у вiдпущенному положеннi пiд дiєю пружини або власної маси. При перевищеннi допустимої сили струму якiр електромагнiту притягується до осердя, вимикаючи за допомогою механiзму вiльного розчiплення автоматичний вимикач.

Нульове реле автоматичних вимикачiв служить для захисту електроустановок при надмiрному зниженнi робочої напруги аж до її повного зникнення. В бiльшостi випадкiв нульове реле дiє при зниженнi напруги до 40... 60% вiд номiнального значення. При зниженнi робочої напруги нижче допустимої або при повному її зникненнi якiр вiдпадає i механiчно дiє на пристрiй, що забеспечує негайне вимкнення автоматичного вимикача.

Якщо в автоматичному вимикачi є ще й реле нульової напруги, кiнематичний зв’язок мiж механiзмом вiльного розчiплення та реле може бути або безпосереднiм, коли кожне реле має зв’язок з механiзмом вiльного розчiплювання або за допомогою нульового реле.

В останньому випадку з механiзмом вiльного розчiплення зв’язане тiльки одне реле нульової напруги, а реле максимального струму такого зв’язку не має i своїми контактами увiмкнено в коло катушки нульової напруги.

Принципова схема автомату на силу струму бiльше 200 А зображена на рис. 1. Струмоведуче коло має основнi 3 i дугогаснi 1 контакти. Автомат можна вимикати ручним способом (рукояткою 12) або електромагнiтом 4. Ланки 6, 7 i упор 13 зв’язуючи з механiзмом вiльного розчiплювання. Вимикають автомат ручним способом рукояткою 12 або вiд розчiплювачiв 5, 8, 10, 11. Швидкiсть розходження контактiв забезпечується пружиною 9. Дугу, що утворилася при вимкненнi, гасять у камерi 2. Механiзм автомату передає рух вiд приводу до контактiв; утримує контакти в увiмкненному положеннi; звiльняє контакти при вимкненнi автомата; надає контактам швидкiсть, яка необхiдна для нового увiмкнення.

На рис. 2 а. наведена схема найпростiшого механiзму, який застосовується в автоматах з силою струму до 1000 А.

При нормальному (неаварiйному) увiмкненнi важелi 2 i 3 ведуть себе як один жорсткий важiль, тому що центр шарнiра 0, який з’єднує цi ланки мiж собою, лежить нижче вiд лiнiї, що з’днує точки 0₁ i 0₂. Упор 5 не дає можливостi скластися цим ланкам.

При увiмкненнi на КЗ якiр 6 електромагнiту 7, який обтiкається струмом КЗ, ломає важелi, як це показано на рис. 2 б; приводний важiль 4 i контактний важiль 1 виявляються незв’язаними, розчiпленими.

Пiд дiєю плоскої контактної пружини i власної маси контакти автомату розмикаються, вiдбувається вимкнення автомата. Рукоятка приводу буде обертатися проти годинникової стрiлки. Для пiдготовки до нового увiмкнення необхiдно повернути рукоятку 4 до вiдказу за годинниковою стрiлкою, i тодi ланки 2 i 3 згорнуться i знову будуть являти одну жорсткеу ланку, як показано на рис. 2 в. Недолiк такого механiзму - вiдносно велике зусилля для розчеплення, тому що при цьому необхiдно деформувати контактну пружину.

Рис. 1. Принципова схема автомата

Рис. 2. Механізм найпростішого апарату