Балаковская АЭС электрооборудование - Автоматические выключатель

6.4.04. Принципиальная схема автоматического выключателя

1. электромагнитный привод
2. рукоятка
3. рычаги
4. отключающая пружина
5. главный подвижный контакт
6. контактные пружины
7. дугогасительные контакты
8. дугогасительная камера
9. электродинамические компенсаторы
10. контактные пружины
11. главные неподвижные контакты
12. гибкая связь
13. несущая деталь
14. защелка
15. зубцы
16. пружина
17. максимальный расцепитель
18. минимальный расцепитель

При этом якорь 6 больше не удерживается сердечником и под действием собственной массы и пружины 7 подвижная система переходит в отключенное положение, размыкая контакты. Двукратный разрыв в каждой фазе и закрытая камера 10 обеспечивают гашение дуги без специальных устройств. Точно так же происходит отключение пускателя при нажатии кнопки SB2.

Амортизирующая пружина 3 предохраняет подвижную часть от резких ударов при включении. Все детали пускателя крепятся на металлическом основании 1.
Для защиты электродвигателя от К.З. в цепь включены предохранители F.

Автоматический выключатель предназначен для коммутации цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей.
Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного до 1000 В и постоянного тока до 440 В одно-, двух-, трех и четырехполюсные на номинальные токи от 6,3 до 6300 А.
Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, называемые расцепителями, которые обеспечивают отключение при перегрузках, КЗ, снижении напряжения. Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения tc.o" (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (tc.o = 0,02 - 1с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (tc.o<0,005 с).
Нормальные и селективные автоматические выключатели токоограничивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, обладают токоограничивающим действием, так как отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения iy.

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей путем установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.
Автоматические выключатели изготовляют с ручным и двигательным приводом, в стационарном или выдвижном исполнении.
Выключатель рассчитан на коммутацию предельно отключаемых и включаемых токов в цикле операций О-П-ВО-П-ВО при номинальном напряжении. Здесь 0 - отключение, П - пауза (<180с), ВО - включение, отключение.
Основные элементы автоматического выключателя и их взаимодействие рассмотрим по принципиальной схеме рис. 6.4.04.
Контактная система выключателей на большие токи - двухступенчатая, состоит из главных 11, 5 и дугогасительных контактов 7. Главные контакты должны иметь малое переходное сопротивление, так как по ним проходит основной ток. Обычно это массивные медные контакты с серебряными накладками на неподвижных контактах и металлокерамическими накладками на подвижных контактах. Дугогасительные контакты замыкают и размыкают цепь, поэтому они должны быть устойчивы к возникающей дуге, поверхность этих контактов металлокерамическая.
При номинальных токах 630А контактная система одноступенчатая, т. е. контакты выполняют роль главных и дугогасительных.
На рис. 6.4.04. выключатель показан в отключенном положении. Чтобы его включить, вращают рукоятку 2 или подают напряжение на электромагнитный привод 1 (ΥΑ). Возникающее усилие перемещает рычаги 3 вправо, при этом поворачивается несущая деталь 13, замыкаются сначала дугогасительные контакты 7 и создается цепь тока через эти контакты и гибкую связь 12, а затем главные контакты 5-11. После завершения операции выключатель удерживается во включенном положении защелкой 14 с зубцами 15 и пружиной 16.
Отключают выключатель рукояткой 2, приводом 1 или автоматически при срабатывании расцепителей.
Максимальный расцепитель 17 срабатывает при протекании по его обмотке ΥΑΤ1 тока КЗ. Создается усилие, преодолевающее натяжение Р пружины 16, рычаги 3 переходят вверх за мертвую точку, в результате чего автоматический выключатель отключается под действием отключающей пружины 4. Этот же расцепитель выполняет функции независимого расцепителя. Если на нижнюю обмотку ΥΑΤ2 подать напряжение кнопкой SB он срабатывает и осуществляет дистанционное отключение.
При снижении или исчезновении напряжения срабатывает минимальный расцепитель 18 и также отключается автоматический выключатель.
При отключении сначала размыкаются главные контакты и весь ток переходит на дугогасительные контакты. На главных контактах дуга не образуется.
Дугогасительные контакты 7 размыкаются, когда главные находятся на достаточном расстоянии. Между дугогасительными контактами образуется дуга, которая выдувается вверх в дугогасительную камеру 8, где и гасится.
Дугогасительные камеры выполняются со стальными пластинами (эффект деления длинной дуги на короткие) и лабиринтно-щелевыми (эффект гашения дуги в узкой щели). Втягивание дуги в камеру осуществляется магнитным дутьем. Материал камеры должен обладать высокой дугостойкостью.
При протекании тока КЗ через включенный автоматический выключатель между контактами возникают значительные электродинамические силы, превышающие силы контактных пружин 6 и 10, которые могут оторвать один контакт от другого, а образовавшаяся дуга может сварить их. Чтобы избежать самопроизвольного отключения, применяют электродинамические компенсаторы в виде шинок 9, изогнутых петлей. Токи в шинках 9 имеют разное направление, что создает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах.
Рычаги 3 выполняют роль механизма свободного расцепления, который обеспечивает отключение автоматического выключателя в любой момент времени, в том числе при необходимости и в процессе включения.

6.4.05. Структурная схема полупроводникового расцепителя

Если выключатель включается на существующее КЗ, то максимальный расцепитель 17 срабатывает и переводит рычаги 3 вверх за мертвую точку, нарушая связь привода 1 (или 2) с подвижной системой автоматического выключателя, который отключается пружиной 4, несмотря на то что приводом будет передаваться усилие на включение. В реальных автоматических выключателях механизм свободного расцепления имеет более сложное устройство.
В современных выключателях применяются полупроводниковые расцепители, которые обеспечивают более высокую точность срабатывания по току и времени. Структурная схема такого расцепителя показана на рис. 6.4.05.
Блок 1 измеряет ток защищаемой сети. В сети переменного тока в качестве блоков 1 применяют трансформаторы тока, а в сети постоянного тока - магнитные усилители. Блок 2 анализирует сигнал от блока 1. Если этот сигнал соответствует току перегрузки, то из блока 2 поступает сигнал в блок 3, который запускает полупроводниковое реле 4, создающее зависимую оттока выдержку времени.
При токе КЗ сигнал с блока 2 достаточен для запуска блока 7, который является токовой отсечкой. Блок б создает выдержку времени. Блок 5 усиливает сигналы от блоков 4 и 6 и подает импульс на отключающую катушку автоматического выключателя ΥΑΤ2 (см. рис. 6.4.03.).

6.4.06. Выключатель с ручным приводом

Рассмотрим конструкции автоматических выключателей, которые применяются в КРУ АЭС.
В электроустановках КРУ-0,4 АЭС применяются выключатели А3716, А3726, А3793, А3726 выдвижного исполнения с ручным (рис. 6.4.06.) и дистанционным приводом.
Выдвижное устройство обеспечивает:
быструю замену одного выключателя другим с теми же техническими характеристиками, не нарушая монтажа распределительного устройства; возможность использования выключателя в качестве разъединителя; замыкание и размыкание втычных контактов только в отключенном положении выключателя;
фиксацию выключателя в рабочем положении и в положении разъединителя (в контрольном положении);
Автоматические выключатели серии А3700 на токи 160-630 А и напряжение переменного тока до 660 В, постоянного до 440 В выпускаются в пластмассовом корпусе с изолирующими перегородками между полюсами в двух исполнениях: А3700Б - токоограничивающие с электромагнитными расцепителями мгновенного действия и полупроводниковыми расцепителями; А3700С - селективные с полупроводниковыми расцепителями с регулируемой выдержкой времени.
Пределы регулирования: ток срабатывания при перегрузках 1,25Iном, при КЗ 3- 10Iном; время срабатывания при 6Iном, 4-16с, при КЗ 0,1-0,4 с.

6.4.07. Блок управления полупроводникового расцепителя

Блок управления полупроводникового расцепителя является съемным и выполнен в виде отдельной приставки к выключателю. На лицевой стороне блока управления расположены две съемные прозрачные крышки. Под одной крышкой расположены гнезда для проверки работоспособности полупроводникового расцепителя, а под другой- регулировочные ручки для регулирования номинального тока и уставок по току и времени срабатывания. Блок крепится на основании выключателя двумя винтами (рис. 6.4.07.).
При перегрузке или коротком замыкании полупроводниковый расцепитель подает импульс на независимый расцепитель, отключающий выключатель.
Электромагнитный расцепитель встраивается в каждый полюс выключателя.
Уставка электромагнитных расцепителей устанавливается на предприятие-изготовителе и в условиях эксплуатации не регулируется.
Тепловые расцепители максимального тока калибруются на предприятии- изготовителе и в условиях эксплуатации не регулируются.
Автоматические выключатели серии А3700 (рис 6.4.08.) имеют одну пару контактов на полюс (4, 5) с металлокерамическими накладками. Включение и отключение может производиться вручную рукояткой 6 или электромеханическим приводом в виде отдельного блока, устанавливаемого над крышкой выключателя (на рисунке не показан).
Автоматическое отключение при КЗ производится расцепителем мгновенного действия, к магнитопроводу которого 13 притягивается якорь 12, ударяя по кулачку отключающей рейки 11. При перегрузках срабатывает полупроводниковый блок 10, воздействует на независимый расцепитель 9, к которому притягивается якорь 7, освобождая боек 8, воздействующий на отключающую рейку 11. 
Рейка освобождает механизм свободного расцепления, и контакты размыкаются. Возникающая дуга гасится в камере 2 со стальными пластинами. Предельный ток отключения 60-110 кА.

6.4.08. Автоматический выключатель А3700 Б на 160 А

Для защиты, вторичных цепей и потребителей до 30 кВт мощности применяются автоматы АП-50. Эти автоматы рассчитаны для работы при температуре окружающего воздуха от -40 до +40°С и относительной влажности не более 90% при температуре воздуха 20°С и не более 50% при температуре 40°С.

1. выводы 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

6.4.09. Конструкция автомата АП-50

1. основание
2. корпус
3. неподвижный контакт
4. подвижный контакт
5. гибкое соединение
6. тепловой расцепитель
7. электромагнитный расцепитель
8. отключающая рейка
9. траверса
10. скоба
11. дугогасительная камера
12. пластины деионной решетки
13. блок системы гашения

А-рычаг на механизме свободного расцепления для регулирования тока уставки
Б-указатель регулировки электромагнитного расцепителя

Они предназначены для работы в продолжительном режиме при номинальном напряжении переменного тока до 500 В, 50 Гц (двух и трехполюсные) или постоянного тока до 200 В (двухполюсные) для нечастых (до 6 в час) оперативных включений и отключений электрических цепей и для защиты их при перегрузках и токах к. з.
Автоматы состоят из кожуха, коммутирующего устройства, дугогасительных камер механизма управления и расцепителя рис. 6.4.09.
Коммутирующее устройство состоит из не подвижных и подвижных контактов. Гибкие провода соединяют подвижные контакты с механизмом расцепления и кнопками управления "автомат включен" и "автомат отключен". Благодаря механизму свободного расцепления автоматическое отключение при перегрузках и к. з. происходит независимо от положения кнопки в этот момент. Нормально положение кнопки определяет коммутационное положение контактов автомата: при включенном положении - кнопка утоплена, при от ключенном - она выступает из крышки.
В зависимости от назначения автомата в нем устанавливают различные реле-расцепители.
Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты от к. з., он состоит из электромагнита, притягивающего якорь при токах, превышающих уставку на ток срабатывания, вследствие чего происходит мгновенное отключение автомата.
Электромагнитные расцепители имеют следующие номинальные уставки тока мгновенного срабатывания (отсечки) и допустимые для них отклонения:
номинальная уставка 3Iном-отклонение ±15%;
уставка 8Iном-отклонение +20%;
уставка 111ном-отклонение +15 и - 30%.
Электромагнитный расцепитель главной цепи в том полюсе, где установлен дистанционный расцепитель, имеет ток отсечки только Whom +30°/о.
Тепловой расцепитель предназначен для защиты цепи от перегрузок и к. з. Основным элементом расцепителя служит биметаллическая пластинка. Нагреваясь проходящим через нее током, она изгибается, освобождая защелку, что приводит к срабатыванию автомата с выдержкой времени, имеющей обратную зависимость оттока.
Токи тепловых расцепителей можно регулировать в условиях эксплуатации специальным приспособлением (на механизме свободного расцепления) в пределах: 1- 1,6; 2,5-4; 4-6,4; 6,4-10; 10-16; 16-25; 25-40; 30-50, где вторые цифры-номинальные токи уставки.
Автомат допускает повторное включение через 2 мин после отключения его тепловым расцепителем.
Автоматы могут выпускаться с блок-контактами, выполняемыми в виде отдельного узла, состоящего из пластмассового основания с впрессованными в него контактами. Автоматы могут иметь по одному или по два размыкающих и замыкающих контакта.
Автоматы выпускаются также с дополнительными расцепителями (встроенными в автомат вместо одного из электромагнитных расцепителей):
с расцепителем минимального напряжения: 110, 127, 220, 380 и 415 В переменного тока, 50 Гц с возможностью включения катушки для питания от источника постоянного тока того же напряжения, что и напряжение переменного тока;
с расцепителем максимального тока в нулевом проводе (начиная с номинального тока фазных расцепителей 16 А), при этом ток продолжительного режима не должен превышать 60 % номинального тока фазы;
с расцепителем дистанционного отключения с питанием отключающей катушки расцепителя от сети 127, 220 и 380 В переменного тока 50 Гц.
Комбинированные расцепители состоят из электромагнитного и теплового расцепителей и осуществляют защиту как от к. з., так и от перегрузок.
Автоматы без расцепителей являются неавтоматическими выключателями. Потребление мощности автоматом составляет 10Вт на каждый полюс. Зажимы главных контактов автомата АП-50 допускают подключение к ним как медных, так и алюминиевых жил проводов (кабелей) сечением до 10мм, зажимы блок-контактов медных жил сечением 1,5 мм².
В условиях эксплуатации автоматы по мере надобности подлежат осмотрам.

Меры безопасности

Перемещение выключателей выдвижного исполнения в положение разъединителя во избежание случайного выпадения из ячейки необходимо осуществлять плавно (основное усилие прикладывать к неподвижной ручке).
Запрещается эксплуатация выключателей:
со снятыми или незакрепленными блоками пламегасителя или полупроводникового расцепителя; без дугогасительных камер.