Тема 4.2 Устройство и принципиальные схемы автоматов

Студент должен:

Знать:

- классификацию автоматических воздушных выключателей;

- основные конструктивные системы автоматов;

- условные обозначения на электрических схемах;

уметь:

- выбирать тип и номинальные параметры автоматов;

- определять рабочее и нерабочее состояние автоматов.

Классификация автоматических воздушных выключателей, назначение и конструкция универсальных, установочных и селективных автоматов. Системы автоматов: контактная, дугогасительная, механизм свободного расцепления, расцепители, привод, коммутатор. Принципиальные схемы автоматов. Условные обозначения на электрических схемах.

Материал для изучения

Автоматический воздушный выключатель (АВВ) представляет собой электрический однопозиционный аппарат, предназначенный для автоматического размыкания электрических цепей при появлении ненормальных условий, а также для нечастых коммутаций этих же цепей при нормальных условиях.

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) широко применяются на судах в качестве аппаратов защиты и коммутации. Они предназначены для автоматического отключения электрических цепей и установок при перегрузках, коротких замыканиях, снижении или исчезновении напряжения.

По времени срабатывания автоматы можно подразделить на универсальные, быстродействующие (токоограничивающие) и селективные. Под собственным временем срабатывания автомата понимают время от момента подачи импульса на отключение до момента начала расхождения контактов. Оно зависит от способа расцепления и конструкции механизма размыкания контактов, массы подвижных частей и других факторов.

Полное время отключения неселективного автомата слагается из собственного времени срабатывания и времени гашения дуги. Последнее зависит в основном от эффективности дугогасительного устройства.

Рис. 4.2.1. Схема контактной системы автомата серии АВ в отключенном положении

У селективных автоматов на время срабатывания и отключения, кроме того, оказывает влияние выдержка времени селективной пристройки. У небыстродействующих автоматов собственное время срабатывания составляет 0, 01—0, 1с, у быстродействующих — 0, 0001—0, 01с. Селективные автоматы позволяют получить выдержку времени при отключении до 1с.

Быстродействующие автоматы вследствие малого собственного времени срабатывания отключают ток, значительно меньший, чем максимальный ток короткого замыкания. Благодаря этому может уменьшаться термическая и электродинамическая нагрузка аппаратуры и оборудования. Для обеспечения избирательно действующей защиты селективные автоматы должны допускать регулировку как величины тока срабатывания, так и времени срабатывания.

Универсальные автоматы имеют различные системы управления, максимальную защиту по току и минимальную по напряжению.

Автоматы с одной максимально-токовой защитой называются установочными.

Любой автоматический выключатель состоит из следующих основных частей: контактной системы, дугогасительной системы, привода автомата, механизма свободного расцепления, расцепителей и коммутатора с вспомогательными контактами.

Контактная, система является наиболее ответственной частью токоведущей цепи автоматов. Она должна длительное время находиться подтоком и быть способной отключать токи перегрузки и короткого замыкания. При номинальных токах до 200А в автоматах обычно применяется одна пара контактов. Одноступенчатые контактные системы с применением металлокерамики допускают токи порядка 600А. При значительных токах большое распространение получили двух- и трехступенчатые контактные системы. Первые имеют две пары контактов — главные и дугогасительные, вторые — три пары: главные, предварительные и дугогасительные. При включении автомата вначале замыкаются дугогасительные, затем предварительные и наконец главные контакты. Размыкание контактов происходит в обратной последовательности. В автоматах на большие номинальные токи применяют несколько параллельных контактных систем на фазу.

На рис. 4.2.1 изображена контактная система автомата серий АВ 4 и АВ10. Она состоит из трех параллельно включенных пар контактов: главных 4, предварительных 2, дугогасительных 1. Контакты выполнены: главные — из металлокерамики (подвижные — серебро — никель и неподвижные — серебро—никель— графит); предварительные — из меди (подвижные и неподвижные); дугогасительные – из меди (подвижные) и из металлокерамики медь—графит (неподвижные).

Регулировка одновременности касания главных контактов в каждом полюсе производится после установки нажатий (конечное нажатие не менее 550 Н) поворотом гаек 5. Регулировка одновременности касания предварительных контактов осуществляется подгибом плоской пружины 3, а дугогасительных — при помощи гаек 6. Начальное нажатие предварительных контактов не менее 10 Н, а дугогасительных — не менее 30 Н. Во включенном положении автомата провал главных контактов не менее 2, 5 мм. Раствор дугогасительных контактов в отключенном положении автомата составляет не менее 60 мм.

Дугогасительная система должна обеспечивать гашение дуги в ограниченном объеме при всех возможных режимах работы автомата.

В установочных и универсальных автоматах широкое применение получили камеры с дугогасительными решетками из стальных пластин. Такие дугогасительные системы обеспечивают надежное гашение дуги при токе до 40 кА с напряжением 200В переменного тока и до 20 кА с напряжением 440В постоянного тока. При больших токах применяются лабиринтно-щелевые камеры и камеры с прямой продольной узкой щелью.

Привод служит для включения автомата. Судовые автоматы выполняются с ручным, электромагнитным или сервомоторным приводом. При ручном приводе перемещение подвижных контактов автомата происходит от руки, при электромагнитном — под действием электромагнита, при сервомоторном — при работе сервомотора.

Электромагнитный и сервомоторный приводы бывают постоянного и переменного тока и служат для дистанционного включения автомата. Отключение автоматов с этими приводами осуществляется вручную — кнопкой, непосредственно воздействующей на механизм свободного расцепления, или отключающим расцепителем.

Контакты автоматов отключаются с большой скоростью, практически не зависимой от скорости движения органа управления (моментное отключение).

Энергия, необходимая для включения контактов, подводится к автомату приводом, механически связанным с контактами через механизм свободного расцепления.

Механизм свободного расцепления исключает возможность удерживать контакты автомата во включенном состоянии за счет воздействия привода при ненормальных режимах работы защищаемой цепи. Кроме того, он обеспечивает моментное отключение автомата.

Отключение автомата при срабатываний расцепителя происходит путем его воздействия на механизм свободного расцепления. При этом нарушается связь между приводом и контактами, и они переходят в отключенное положение под действием отключающих пружин независимо от положения привода.

Благодаря наличию механизма свободного расцепления автоматы при возникновении ненормальных условий в цепи отключаются независимо от положения привода и после этого не могут самопроизвольно включиться, даже если привод удерживается в положении включения.

Расцепители — элементы защиты, под воздействием которых через механизм свободного расцепления происходит отключение автомата. Они реагируют на изменение параметров электрической цепи (тока, напряжения).

В зависимости от выполняемой ими функции расцепители подразделяются на:

· максимальные — для защиты от недопустимых токов перегрузки и токов короткого замыкания и осуществляющие максимальную токовую защиту;

· минимальные — для отключения автомата при снижении напряжения ниже определенного уровня и осуществляющие защиту минимального напряжения;

· независимые — для дистанционного отключения автомата.

По максимально-токовой защите судовые автоматы выполняются:

Рис. 4.2.2 Схема максимального расцепителя с часовым механизмом

· с максимальными расцепителями «мгновенного» срабатывания при перегрузках и токах короткого замыкания;

· с максимальными расцепителями с обратно зависимой от тока регулируемой выдержкой времени при перегрузках (с часовым механизмом или биметаллическими элементами) и «мгновенным» срабатыванием при токах коротких замыканий;

· с максимальными расцепителями с обратно зависимой от тока регулируемой выдержкой времени при перегрузках и регулируемой независимой от тока специальной выдержкой времени при токах коротких замыканий (селективные автоматы).

В максимальных расцепителях используют электромагниты и биметаллические элементы.

Для создания выдержки времени между электромагнитом и механизмом расцепления используют устройство задержки (часовой механизм, механический или гидравлический замедлитель и т. д.). В максимальных расцепителях выдержка времени, зависящая от тока, осуществляется с помощью биметаллических элементов (тепловых реле). В этом случае максимальный расцепитель защищает оборудование от тока перегрузки, так как биметаллический элемент имеет обратнозависимую амперсекундную характеристику.

Минимальный расцепитель выполняется электромагнитным. Дистанционное отключение может осуществляться также минимальным расцепителем.

Максимальный расцепитель мгновенного срабатывания состоит из сердечника, якоря, катушки и пружины. При токах, превышающих значения уставок тока на шкале расцепителя, якорь мгновенно притягивается к сердечнику, преодолевая натяжение пружины, и своим бойком ударяет по скобе отключающего валика, тем самым отключая автомат,

У автоматов серии АВ максимальный расцепитель с часовым механизмом работает следующим образом (рис. 4.2.2). При токе перегрузки якорь 5 притягивается к сердечнику 6 и скоба 11 движется вместе с якорем под действием пружины 4, которая при перегрузках является как бы жесткой связью между якорем 5 и скобой 11. Часовой механизм, связанный тягой 9 со скобой 11, создает выдержку времени, по истечении которой в селективных автоматах боек 2 поворачивает отключающий валик 13, а в неселективных автоматах (у них отключающий валик 13 отсутствует) боек 3 поворачивает отключающий валик 1, и автомат отключается.

Если ток перегрузки в цепи автомата прекращается за время, меньшее выдержки времени, создаваемой часовым механизмом расцепителя, якорь возвращается в исходное положение под действием пружины 7, и автомат остается включенным.

При токе короткого замыкания якорь 5 мгновенно притягивается к сердечнику, преодолевая натяжение пружины 4, так как часовой механизм задерживает движение скобы 11. Боек 2 якоря 5 поворачивает отключающий валик, и у селективного автомата происходит отключение через механический замедлитель расцепления с определенной выдержкой времени, а у неселективного — без выдержки времени (мгновенно), так как отсутствует замедлитель расцепления.

Если ток короткого замыкания в цепи автомата прекращается за время, меньшее выдержки времени, создаваемой механическим замедлителем расцепления, замедлитель возвращается в исходное положение под действием пружины, и автомат остается включенным.

Пружина 10 служит для амортизации ударов, передаваемых на часовой механизм при токах короткого замыкания. Токи уставок при перегрузках и коротких замыканиях указываются соответственно на шкалах 8 и 12 и регулируются натяжением пружины 7 и 4.

Время срабатывания максимального расцепителя можно изменять путем регулирования уставки выдержки времени часового механизма,

Часовой механизм служит для создания при перегрузках выдержки времени. У автоматов серии АВ на шкале механизма имеются три метки: «0», «мин», «макс». При установке указателя часового механизма на метку «0» автомат будет отключаться при токах перегрузки мгновенно, при установке на метку «макс» — с максимальной выдержкой времени при токах перегрузки. В диапазоне меток «макс» и «мин» можно получить устойчивую регулируемую выдержку времени, а в диапазоне «0» и «мин» автомат будет отключаться или мгновенно, или с небольшой и неустойчивой выдержкой времени.

Выдержка времени при токах коротких замыканий создается механическим замедлителем расцепителя, который обычно имеет две уставки выдержки времени. Изменение выдержки времени производится путем изменения количества зубьев шестерни, находящейся в зацеплении с анкером.

Минимальный расцепитель представляет собой электромагнит, который после подачи напряжения на катушку расцепителя удерживает якорь притянутым к сердечнику, преодолевая натяжение пружины. Когда контролируемое напряжение на катушке окажется ниже определенного значения и станет недостаточным для удержания якоря, он отпадет от сердечника, бойком ударит по скобе отключающего валика и тем самым отключит автомат. Регулирование напряжения срабатывания минимального расцепителя производится натяжением отключающей пружины. У автоматов серии АВ расцепитель может быть отрегулирован так, что при снижении напряжения на его катушке до 40% номинального и ниже он отключает автомат, а при напряжении 50% номинального и выше — не отключает включенный автомат. Независимый расцепитель представляет собой электромагнит, который при подаче напряжения на катушку притягивает свой якорь и, ударяя по скобе промежуточного валика механизма свободного расцепления, отключает автомат.

Коммутатор с вспомогательными контактами служит для управления вспомогательными электрическими цепями, в том числе цепями сигнализации положений автомата. Вспомогательные контакты выполняются замыкающими и размыкающими.