Основными коммутационными аппаратами на напряжении до 1 кВ являются рубильники, автоматические выключатели, автоматические станции противоаварийного управления СПУ.
Рубильники
Рубильники служат для ручного включения и отключения электрических цепей. На рис. 1 показан трехполюсный рубильник с рычажным приводом. Контактные стойки 1, 4 смонтированы на изоляционном основании 5. Ножи 3 трех полюсов рубильника скреплены общей изоляционной рейкой, движение которой передается тягой 6. Гашение дуги обеспечивается дугогасительной камерой 2, состоящей из набора металлических пластин. При размыкании контактов рубильника дуга затягивается между пластинами, разбивается на короткие дуги и, соприкасаясь с металлическими пластинами, эффективно охлаждается. При переходе тока через нулевое значение дуга деионизируется и гаснет. В установках переменного тока 380 В такими рубильниками можно отключать номинальные токи. При этом не наблюдается выброса ионизированных газов за пределы дугогасительных камер, что исключает возможность перекрытий на корпус и между полюсами.
В эксплуатации сохранилось большое число электроустановок с рубильниками, не имеющими специальных дугогасительных устройств. На рис. 1, б показан трехполюсный рубильник с центральной рукояткой. Такие рубильники предназначены только для отключения цепей, не находящихся под током нагрузки.
Для отключения цепей под нагрузкой применяют рубильники с боковой рукояткой (чтобы дуга не воздействовала на руку отключающего) или рубильники с рычажным приводом. Вынос рукоятки управления на переднюю сторону монтажной панели делает проведение операций с рубильником безопасным для персонала.
При напряжении 380 В отключаемый рубильником без дугогасительного устройства ток не должен превышать 0,3 /ном. При напряжении 500 В указанные рубильники могут использоваться только для отключения обесточенных цепей.
Рис. 1. Трехполюсные рубильники:
а — с рычажным приводом; б — с центральной рукояткой
Для защиты электроустановок от КЗ и перегрузок в цепях с рубильниками устанавливают плавкие предохранители.
Автоматические выключатели
Автоматические выключатели предназначены для включений и отключений электрических цепей при нормальных режимах работы и отключений при аварийных. Они обеспечивают автоматическое отключение электрических цепей при перегрузках, КЗ, а также при исчезновении или понижении напряжения в питающей сети. Отключение может происходить мгновенно (t < 0,005 с) или с выдержкой времени, устанавливаемой обслуживающим персоналом. В последнем случае с помощью автоматических выключателей может осуществляться селективная защита сети при КЗ. Автоматические выключатели такого типа получили название селективных.
Любой автоматический выключатель состоит из следующих элементов: контактов с дугогасительным устройством, привода, механизма свободного расцепления, расцепителя и вспомогательных контактов. На рис. 2 показана принципиальная конструктивная схема автоматического выключателя.
Контактная система у автоматических выключателей на большие токи (> 630 А) состоит из главных 5, 11 и дугогасительных контактов 7 с дугогасительной камерой 8. На номинальные токи 6,3- 630 А автоматические выключатели имеют одну ступень контактов, выполняющих роль главных и дугогасительных.
Рис. 2. Принципиальная конструктивная схема автоматического выключателя:
1 — электромагнит включения YAC, 2 — рукоятка управления; 3 — рычаг привода; 4 — пружина отключения; 5, 11 — главные контакты; 6 — пружина главных контактов; 7 — дугогасительные контакты; 8 — дугогасительная камера; 9 — электродинамический компенсатор; 10 — пружина компенсатора; 12 — гибкая связь; 13 — изоляционная вставка; 14 — защелка; 15 — зубцы защелки и отключающей рейки; 16 — пружина; 17 — совмещенный расцепитель (У/477 — максимального тока; YAT2 — независимый); 18 — кнопка дистанционного отключения; 19 — расцепитель минимального напряжения YAT3; 20 — пружина расцепителя минимального напряжения
Автоматические выключатели выпускаются с ручным, электромагнитным и электродвигательным приводом, с местным и дистанционным управлением.
Включение автоматического выключателя, изображенного на рис. 2, может выполняться поворотом рукоятки 2 или подачей напряжения на электромагнит 1 привода. Отключение — вручную рукояткой 2, дистанционно — подачей напряжения на электромагнит YAT2 нажатием кнопки SB. При этом боек сердечника YAT2 воздействует на рычаги 3, переводя их вверх за мертвую зону, в результате главные и дугогасительные контакты размыкаются под действием пружины 4. Таким образом, рычаги 3 выполняют здесь роль механизма свободного расцепления, обеспечивая отключение автоматического выключателя в любой момент времени, в том числе и при включении на КЗ.
Расцепитель максимального тока срабатывает при прохождении по обмотке YAT1 тока КЗ.
Рис. 3. Автоматический выключатель А3700Б на 160 А:
1 — вывод главной цепи; 2 — дугогасительная камера; 3 — пластмассовая крышка; 4 — подвижный контакт; 5 — неподвижный контакт; 6 — рукоятка управления; 7 — якорь независимого расцепителя; 8 — боек; 9 — катушка независимого расцепителя; 10 — полупроводниковый блок управления; 11 — отключающая рейка; 12 — якорь; 13 — магнитопровод расцепителя мгновенного действия; 14 — ручка регулирования уставок; 15 — трансформатор тока
Селективные автоматические выключатели отключаются с выдержкой времени, установка которой задается заранее и обеспечивается специальным механическим замедлителем расцепления (на рис. 2 не показан) .
Расцепитель минимального напряжения 19 срабатывает на отключение автоматического выключателя при исчезновении или сильном понижении напряжения в питающей сети. Уставка напряжения срабатывания регулируется натяжением пружины 20.
Заметим, что механизмы реальных автоматических выключателей отличаются более сложным устройством.
В электроустановках 0.4 кВ распределительных сетей нашли применение автоматические выключатели серий: А, АК, АЕ, АВ и др.
На рис. 3 показан автоматический выключатель типа А3700Б на 160 А, 660 В.
Станции противоаварийного управления
Станции противоаварийного управления СПУ находят применение в распределительных сетях, когда возникает необходимость автоматического резервирования, т.е. немедленной подачи напряжения потребителям от резервного источника питания в случае исчезновения его по любой причине на основном источнике.
На рис. 4 показана станция противоаварийного управления серии ПЭВ. Ее основными частями являются: промежуточное реле 1 — пусковой орган СПУ; контакторы основного 4 и резервного 7 питания с рычагами механической блокировки 5, не допускающей одновременное включение обоих контакторов.
Контакторы, осуществляющие коммутации цепей основного и резервного питания, являются главной частью СПУ. На рис. 5 приведена конструктивная схема контактора типа КТ-60. На металлической рейке 1 смонтирован неподвижный электромагнит с катушкой 2, неподвижные контакты первичной цепи с дугогасительным устройством 3, вспомогательные контакты 4 и стойки 5.
Подвесные части контактора — якорь электромагнита и подвижные контакты первичной цепи — закреплены на металлическом валу 6, поворачивающемся в цапфах стоек 5. Контактор основного питания имеет электромеханическую защелку 7, назначение которой заключается в том, чтобы прочно удерживать с помощью коромысла с роликом якорь основного электромагнита в подтянутом положении, а контактную систему силовой цепи — во включенном.
Электромеханическая защелка имеет вспомогательные контакты, с помощью которых осуществляется взаимодействие обоих контакторов СПУ.
Станция противоаварийного управления действует следующим образом. В нормальном режиме работы контактор основного питания КМ1 включен (рис. 4, б), а контактор резервного питания КМ2 отключен. При исчезновении напряжения от источника основного питания лишается напряжения электромагнит контактора основного питания КМ1, но якорь его при этом сразу не отпадает — он удерживается в прежнем положении электромеханической защелкой.
Рис. 4. Станция противоаварийного управления серии ПЭВ:
а — внешний вид; б — схема силовых цепей; 1 — промежуточное реле; 2 — накладка; 3 — электромеханическая защелка; 4, 7 — контакторы основного (КМ1) и резервного (КМ2) питания; 5 — механическая блокировка; 6,8 — автоматические выключатели цепей управления контакторами
Рис. 5. Контактор типа КТ-60
Рис. 6. Узел механической блокировки контакторов основного и резервного питания:
1,4- регулирующие соединители; 2, 7 — подвижные части контакторов резервного и основного питания; 3 — тяга; 5 — блокировочный кулачок; 6 — блокировочный палец; 8 — рычаг защелки; 9 — удерживающий ролик; 10 — вспомогательные контакты защелки; 11 — отключающий электромагнит
Одновременно с исчезновением напряжения на электромагните КМ1 лишается напряжения (срабатывает) промежуточное реле 1, через замыкающиеся контакты которого на электромагнит КМ1 и катушку электромеханической защелки 3 подается напряжение от резервного источника питания, (напряжение на электромагнит КМ1 подается кратковременно для облегчения работы механизма защелки). В результате электромеханическая защелка высвобождает якорь контактора КМ1, вспомогательными контактами защелки снимается напряжение с его электромагнита и контактор КМ1 отключается. В начальной стадии отключения КМ 1 вспомогательными контактами разрывается цепь питания катушки электромеханической защелки и замыкается цепь питания электромагнита контактора резервного питания КМ2. Включившись, контактор КМ2 подает напряжение потребителям электроэнергии от резервного источника. Время переключения питания с основного на резервный источник не более 0,2 с.
При появлении напряжения на основном источнике схема питания потребителей автоматически восстанавливается: срабатывает промежуточное реле — подается напряжение на электромагнит КМ1, контактор включается. В процесс включения КМ1 вспомогательными контактами размыкается цепь питания электромагнита КМ2 и контактор резервного питания отключается. Таким образом, процессы включения контактора КМ1 и отключения контактора КМ2, взаимно связанные механической блокировкой, происходят почти одновременно. Узел механической блокировки контакторов показан на рис. 6.
