Для защиты, пуска и остановки асинхронных электродвигателей, для защиты сетей от токов перегрузки и к. з., для оперативных включений и отключений цепей применяются автоматические выключатели.
Автоматические выключатели, имеющие наибольшее распространение в сетях напряжением до 1000 В промышленных предприятий, условно разделяются на три группы:
- малые установочные автоматические выключатели серий АП-50, АК-63 и АЕ-20;
- установочные автоматические выключатели серий А3100 и А3700;
- автоматические выключатели серий АВМ и «Электрон» (подстанционные, большие).
Автоматические выключатели упомянутых серий встраиваются в комплектные устройства (распределительные щитки, пункты, станции управления, ячейки распределительных устройств комплектных трансформаторных подстанций) напряжением до 660 В.
Автоматические выключатели серий АП-50, АК-63 и АЗ100 снимаются с производства и не должны применяться при проектировании новых электроустановок; они имеют широкое распространение в действующих установках промышленных предприятий, особенно А3100.
При проектировании сетей выбор автоматов производится по трем условиям.
Условие 1. Номинальный ток автомата Iа и его расцепителя Iр не должен быть меньше расчетного тока Iм данной цепи: 
Условие 2. По типовым время-токовым характеристикам автоматических выключателей (рис. 3-20) определяется достаточность выдержки времени теплового расцепителя при расчетных токах и продолжительности кратковременных перегрузок. В отдельных случаях, например при пусках двигателей совместно с механизмами, имеющими большие маховые массы, приходится увеличивать номинальный ток расцепителя автоматического выключателя с тем, чтобы получить возможность нормального запуска двигателя без ложного отключения автоматического выключателя в процессе пуска. Автоматические выключатели, имеющие только электромагнитные элементы мгновенного действия («отсечку»), не реагируют на токи перегрузок, если они меньше тока уставки срабатывания. Эти автоматические выключатели выбираются по току к. з. в конце защищаемого участка сети с таким расчетом, чтобы расчетный ток к. з. был по крайней мере в 3 раза больше тока срабатывания автомата. При этом верхний предел тока к. з., допустимого для данного выключателя и расцепителя, определяется каталожными данными предельно отключаемых токов для автоматических выключателей и расцепителей.
Условие 3. Проверяется селективность действия последовательно включенных в цепь автоматических выключателей. При к. з. начинают действовать электромагнитные расцепители всех выключателей, включенных последовательно в данной цепи, если к. з. больше уставок тока срабатывания этих выключателей. При отсутствии устройств преднамеренной выдержки времени все такие электромагнитные расцепители срабатывают почти одновременно и отключение может произойти не селективно.
Автоматические выключатели, которые имеют только тепловые или другие обратнозависимые от тока расцепители, будут действовать селективно во всем диапазоне допустимых для них предельно отключаемых токов, если последовательно включенные автоматы правильно подобраны по своим типовым время-токовым характеристикам. Автоматические выключатели с комбинированными (тепловыми и электромагнитными мгновениями) расцепителями при больших токах к. з., превышающих токи срабатывания мгновенных расцепителей, также могут отключать не селективно. Проверка на селективность отключения производится по типовым время-токовым характеристикам примененных автоматов и по расчетным токам к. з. в защищаемой сети.
Малые автоматические выключатели серии АЕ-20 предназначены для установки в цепях напряжением до 500 В переменного тока частотой 50— 60 Гц и до 220 В постоянного тока. Они могут применяться для оперативных включений и отключений с частотой до 30 включений в час и изготовляются в исполнениях для применения в умеренном (У), тропическом (Т) и холодном (ХЛ) климатах,
Рис. 3-21. Зависимость тока срабатывания выключателей серии АЕ-20 от температуры окружающего воздуха.
1 — без температурной компенсации; 2 — при наличии температурной компенсации.
Исполнения автоматов серии АЕ-20 различаются по числу полюсов, по виду максимальных расцепителей тока и по применению дополнительных расцепителей, таких как независимые и минимального напряжения.
Кроме того, исполнения автоматов АЕ-20 различаются по способу присоединения (переднее или заднее) внешних проводников и по степени защиты от воздействия окружающей среды. Основные технические данные автоматов АЕ-20 приведены в табл. 3-7 и 3-8, а характеристики — на рис. 3-21 и 3-22.
Токоограничивающие автоматические выключатели серии А3700 выпускаются с тепловыми и электромагнитными, только с электромагнитными, а также с полупроводниковыми и электромагнитными расцепителями максимального тока.
Автоматические выключатели без токоограничения выпускаются с замедлителем действия в зоне токов к. з. (селективные автоматы) с полупроводниковыми расцепителями, с тепловыми и электромагнитными, а также только с электромагнитными расцепителями максимального тока.
Полупроводниковые расцепители в условиях эксплуатации допускают регулировку номинального рабочего тока, уставки по току срабатывания в зоне токов к. з., уставки времени срабатывания в зоне токов перегрузок, а у селективных автоматов также и времени срабатывания в зоне токов к. з.
Таблица 3-8
Одноразовая коммутационная способность автоматического выключателя АЕ-20
Электромагнитные и полупроводниковые расцепители токоограничивающих автоматов вызывают при к. з. отключение без преднамеренной выдержки времени, а полупроводниковые расцепители селективных автоматов — с постоянной выдержкой времени, независимой от тока к. з.
Время отключения цепи селективными автоматами серии А3700С определяется уставкой времени срабатывания и при шестикратном номинальном токе расцепителя лежит в пределах 4—16 с, а в зоне токов к. з. — 0,10—0,40 с в зависимости от исполнения автомата.
Рис. 3-22. Типовая время-токовая характеристика выключателей серии АЕ-20 с комбинированными расцепителями без температурной компенсации при температуре воздуха 20°С.
Характеристики токоограничивающей способности автоматов серии А3700Б в цепях переменного и постоянного тока приведены на рис. 3-23 и 3-24.
Зависимость полного времени отключения от ожидаемого тока в цепи для токоограничивающих автоматов А3700Б приведена на рис. 3-25 и 3-26, Основные технические данные наиболее часто применяемых автоматических выключателей А3700 приведены в табл. 3-9—3-11. По способу установки автоматические выключатели А3700 изготовляются в стационарном и выдвижном исполнениях и могут комплектоваться электромагнитным приводом, расцепителями минимального напряжения и независимого действия.
Таблица 3-10
Токоограничивающие автоматические выключатели А3705Б и А3706Б с электромагнитными и тепловыми расцепителями на напряжения 660 и 380 В переменного тока 50, 60 Гц
Одноразовая предельная коммутационная способность токоограничивающих автоматов серии А3700Б при переменном токе приведена в табл. 3-12.
Рис. 3-23. Токоограничивающая способность автоматов А3700Б в контуре переменного тока частоты 50 Гц при коэффициенте мощности 0,2—0,4.
а — при напряжении 380 В; б — при напряжения 660 В; /м — максимально возможный (ограниченный) ток при отключении; — ожидаемый ток к. з.
Рис. 3-24. Токоограничивающая способность автоматов А3700Б в контуре постоянного тока при напряжении 440 В и постоянной времени 0,01 с.
/м — максимально возможный (ограниченный) ток при отключении; /у — ожидаемый ток к. з. в цепи.
Одноразовая коммутационная способность этих же автоматов на постоянном токе составляет 200 кА при напряжении 220 В и 150 кА при 440 В.
Автоматы серии А3700Ф без токоограничивающего действия обладают значительно меньшей коммутационной способностью, чем токоограничивающие.
При встраивании выключателей в металлические ячейки комплектных распределительных устройств предельно допустимый ток, который может отключить автомат выдвижного исполнения, определяется также размерами этой ячейки. Поэтому при применении комплектных устройств с выдвижными автоматами следует уточнять сведения о предельной отключающей способности встроенных выключателей по данным завода- изготовителя или по техническим условиям на данное комплектное устройство.
Следует отметить, что регулировка уставок сраба тывания и время-токовых характеристик автоматов А3700 в период наладки и эксплуатации электроустановок требует от персонала большого внимания, навыка, точного выполнения требований инструкции по монтажу и эксплуатации, знания технических условий [3-11]. Правильно отрегулированные автоматы А3700 хорошо работают в условиях эксплуатации.
Рис. 3-25. Зависимость полного времени отключения от ожидаемого тока к. з. в цепи переменного тока.
а — при напряжении 380 В; б — при напряжении 660 В.
Рис. 3-26. Зависимость полного времени отключения t от ожидаемого тока к. з. I в цепи постоянного тока 440 В при постоянной времени 0,01 с.
Токоограничивающие автоматические выключатели А3701Б и А3702Б с электромагнитными расцепителями
Одноразовая предельная коммутационная способность токоограничивающих автоматических выключателей серии А3700Б на напряжениях 660 и 380 В переменного тока 50 Гц при коэффициенте модности 0,1
Автоматические выключатели серии АВМ являются модернизацией автоматов серии АВ, выпускавшихся до 1968 г. Эти большие подстанционные автоматы обычно встраиваются в шкафы комплектных трансформаторных подстанций или в отдельные шкафы для установки в магистральных линиях напряжением до 440 В постоянного тока или до 500 В переменного тока с частотой 50 или 60 Гц. Автоматы АВМ предназначены для защиты от перегрузок и к.з. Они могут применяться для редких оперативных включений и отключений (до 10 раз в сутки) различных потребителей. Типы автоматов определяются по номинальному току, по виду максимальной токовой защиты. В табл. 3-13 приведена классификация автоматов серии АВМ.
Выдержка времени при наименьшей уставке тока на шкале перегрузок и при максимальной уставке часового механизма всех исполнений АВМ составляет не менее 10 с. При больших токах выдержка времени уменьшается.
Селективные автоматы АВМ выпускаются с двумя уставками выдержки времени при к. э., а именно 0,25 и 0,4 с или 0,4 и 0,6 с.
По заказу могут поставляться добавочные расцепители — независимый или минимального напряжения.
Автоматы величин АВМ15 и АВм20 селективные, а также без максимальных расцепителей с электромагнитным приводом изготовляются со специальным расцепителем, который всегда присоединяется к главным выводам выключателя и обеспечивает мгновенное отключение ого при включении на к. з.
Автоматические выключатели серии «Электрон» применяют для работы в силовых электроустановках напряжением до 440 В постоянного тока или до 660 В переменного тока частотой 50 или 60 Гц, для защиты от перегрузок и к. з., а также для редких (до 10 раз в сутки) оперативных включений и отключений различных электроприемников.
Таблица 3-13
Классификация автоматических выключателей серии АВМ для умеренного климата
Автоматы серии "Электрон" отличаются от автоматов АВМ своими время-токовыми характеристиками и возможностью регулирования уставок срабатывания. Они имеют исполнения на номинальный ток до 6300 А и повышенную коммутационную способность (табл. 3-14).
Технические данные автоматических выключателей серии "Электрон"
Рис. 3-27. Время-токовые характеристики автоматических выключателей «Электрон» в зоне токов перегрузки.
Вся серия этих автоматов имеет дистанционный привод, а автоматы на ток до 800 А (величина Э06) по заказу могут иметь и ручное управление. Автоматы от Э06 до Э40 имеют одинаковую конструкцию с взаимозаменяемыми узлами, причем автоматы Э40 компонуются путем набора параллельных блоков в одном полюсе. Отключающий (независимый) расцепитель предназначен для дистанционного отключения автомата и работает при напряжении на его катушке 50—110% номинального. Катушки независимых расцепителей выполняются на 127, 220 и 380 В переменного тока и на 24, 48, 110 и 220 В постоянного тока.
Минимальный расцепитель отключает автомат при напряжении 70—35% номинального, он не препятствует включению автомата при напряжении 80% номинального и выше.
Катушки минимальных расцепителей выполняются на номинальные напряжения 127, 220, 380 и 660 В переменного тока и на 110, 220 и 440 В постоянного тока.
Максимальная токовая защита состоит из датчиков тока, блока сопротивлений, полупроводникового блока и электромагнитного расцепителя (исполнительного устройства защиты).
Датчиками постоянного тока являются магнитные усилители, а датчиками переменного тока — трансформаторы тока, установленные на нижних выводах автомата.
Трансформаторы тока одновременно служат источником питания устройств максимальной токовой защиты. При постоянном токе питание устройств защиты осуществляется от независимого источника постоянного тока с напряжением 110 или 220 В. Комплект максимальной токовой защиты конструктивно выполнен в виде отдельного блока (реле МТЗ).
Установка выдержек времени МТЗ и выбор время- токовых характеристик осуществляется рукоятками управления, установленными на передней панели реле МТЗ.
Выдержка времени при перегрузке имеет обратную зависимость от тока и может плавно регулироваться от 100 до 200 с при номинальном токе и от 4 до 20 с при шестикратном токе. В зависимости от положения рукояток, регулирующих выдержку времени при номинальном и при шестикратном токе (рис. 3-27), можно получить время-токовые характеристики, заключенные в зоне, ограниченной приведенными на рис. 3-27 четырьмя основными характеристиками.
Выдержка времени при к. з. не зависит от тока и может плавно регулироваться в пределах 0,25—0,7 с. На передней панели автоматического выключателя имеется переключатель, позволяющий исключить выдержку времени при к. з.
