Воздушный автоматический выключатель

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 США 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.

Компактное исполнение выключателей (автоматические выключатели в литом корпусе) подразумевает наличие изоляционного корпуса, в котором заключены все компоненты выключателя (рис. 2). Такие выключатели могут быть ??? спроектированы до 3200 А и номинальным током отключения до 35 кА. Изоляционный корпус изготавливается из специальной термореактивной пластмассы, состав которой при воздействии дуги и открытого пламени не поддерживает горение.

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 6300 А и номинальным током отключения к. з. до 135 кА.

Конструкция автоматического выключателя показана на рис. 4.

Главным узлом автоматического выключателя является дугогасительная система, состоящая из силовых контактов и дугогасительной камеры. Варианты конструкции дугогасительных устройств:

• применение несколько пар силовых контактов на каждый полюс: основных и дугогасительных, включаемых параллельно: основные контакты, воспринимающие основную долю нагрузки во включённом состоянии (обычно состоят из металлов с хорошей проводимостью, например электротехническое чистое серебро) и дугогасительные контакты, разрывающие силовую цепь и воспринимающие действие дуги (напайки для дугогасительных контактов производятся из металлокерамики), в некоторых конструкциях автоматических выключателей имеются три пары силовых контактов на полюс: основные, промежуточные и дугогасительные (такое решение применяется, например, в некоторых моделях отечественных автоматических выключателях серии АВМ).
• применение дугогасительных камер с узкими щелями: в последнее время такая конструкция практически не применяется
• применение дугогасительных решёток
• применение силовых контактов совмещённого исполнения, одновременно выполняющие функции основных и дугогасительных контактов: например, использование эффекта перекатывания контактов (центральная часть состоит из материала с хорошей проводимостью, а верхние их части, т. н. «дугогасительные рога» - из дугостойкого материала
• применение силовых контактов с прямоходовой кинематической системой и двойным разрывом силовой цепи, преимущество данного варианта конструкции - достаточно высокое быстродействие и относительно простая кинематическая схема. 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 МЭК 60947-2.

В выключателях серии TemPower2 вся энергия дуги рассеивается в специально разработанной дугогасительной камере двойного разрыва. С помощью такой конструкции удалось достичь того, чтобы вся энергия электрической дуги полностью рассеивалась внутри дугогасительной камеры, и ионизированная плазма не выходила за пределы автомата, тем самым не создавая опасности перекрытия, что позволяет свести расстояние между автоматом и любой заземленной металлической частью к нулю, а значит, уменьшить размеры и стоимость распределительного щита. Применение разных систем дугогашения и охлаждения в выключателе разными производителями также приводит к отличиям в габаритах при одинаковых номинальных токах. Автоматический выключатель в сборе, кроме того, укомплектовывается дополнительными элементами в соответствии с требованиями установки: дополнительными сигнальными блок-контактами, минимальными, независимым расцепителями, дистанционным приводом включения и др. Выкатное исполнение выключателя также содержит ответную часть — выкатное шасси с приспособлениями для выкатывания и фиксации, стационарное исполнение выключателей не содержит шасси. Разнообразие дополнительных элементов позволяет удовлетворить потребности заказчиков из разных отраслей народного хозяйства и промышленности.

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 рис. 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.

• малые размеры выключателей для установки в малогабаритные электротехнические шкафы;
• отсутствие необходимости в зазорах между выключателем и другим оборудованием;
• малое тепловыделение;
• контроль положения главных контактов;
• использование рабочей и защитной нейтрали (для пятипроводных цепей);
• замена во вторичных цепях выключателя и дополнительных элементов без отключения;
• одинаковый размер панели у всех выключателей данной серии.

• времятоковые характеристики, соответствующие стандарту МЭК 60255-3;
• широкий ряд времятоковых характеристик с обратнозависимой выдержкой времени разной крутизны;
• защита от ограниченного и неограниченного короткого замыкания в одном реле;
• регулируемые по току и времени уставки защиты от перегрузки «L» (см. статью «Максимальная токовая защита»), регулируемые уставки по току и времени селективной токовой отсечки «S» и регулируемая уставка по току мгновенной токовой отсечки «I» (за рубежом: LSI-характеристики);
• защита, отслеживающая действующее (среднеквадртичное) значение тока;
• функция защиты от режима обратного направления мощности для применения в сетях с параллельной работой генераторов, трансформаторов и закольцованных сетей (характеристика типа S).

• электронный блок защиты (электронный расцепитель) с функцией самодиагностики отключающей катушки;
• наличие функции проверки электронного блока защиты (OCR) без необходимости отключения выключателя;
• контроль температуры главных контактов (дополнительная функция);
• диагностика аварийных отключений: тип (перегрузка, короткое замыкание), величина тока короткого замыкания, время отключения, история отключений и др.;
• высокая выключающая способность и безопасность оператора;
• возможность замены главных контактов на месте;
• возможность работы с системами диспетчерского управления и сбора данных (BMS или SCADA).

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.

Автоматические выключатели климатического исполнения М выдерживают влияние вибраций, вызванных механическими или электромагнитными воздействиями, величина которых регламентируется стандартом ИЭК 60068-2-6, т.ж. 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.

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.