Для защиты и коммутации цепей постоянного и переменного тока напряжением до 500 В применяют автоматические воздушные выключатели (автоматы). Они подразделяются на универсальные селективные (избирательного действия), установочные и специальные. Автоматы осуществляют защиту от перегрузок, коротких замыканий, понижения или исчезновения напряжения.
Автоматические воздушные выключатели различают по числу полюсов (двух- и трехполюсные), по типам расцепителей (максимальный, минимальный, отключающий), по роду защиты (от токов короткого замыкания, комбинированный — от токов короткого замыкания и перегрузок), по типу привода (ручной, дистанционный), по роду защиты от воздействия окружающей среды (брызгозащищенного и водозащищенного исполнения).
При аварийном режиме контакты автоматического выключателя в цепи главного тока размыкаются под воздействием на расцепляющий механизм электромагнитных или тепловых расцепителей.
Основными элементами автоматических воздушных выключателей являются: контактная система с дугогасящим устройством, расцепляющий механизм и автоматическое отключающее устройство.
Контактная система в полном комплекте состоит из главных, предварительных и дугогасящих контактов. Главные контакты предназначены для коммутации в главной цепи и рассчитываются на полный ток нагрузки. Предварительные контакты включаются параллельно с главными. Они замыкаются первыми, до замыкания главных контактов, размыкаются после них и предохраняют главные контакты от обгорания в процессе коммутации. Дугогасящие (разрывные) контакты включаются параллельно главным и предварительным и защищают главные контакты от действия электрической дуги, поэтому они размыкаются последними, после главных и предварительных контактов.
В зависимости от конструкции автомата предварительные контакты могут отсутствовать и защиту главных контактов от обгорания и действия электрической дуги выполняют дугогасящие контакты.
Помимо основных, автоматический выключатель может иметь дополнительные контакты, коммутаторы, которые используются для включения сигнальных ламп, а также цепи питания катушки отключающего расцепителя.
Коммутатор состоит из трех блок-контактов: двух замыкающих и одного размыкающего, механически связанных с главным валом автомата.
Дугогасящие устройства выполняются в виде камер с деионными решетками.
Расцепляющий механизм предназначен для автоматического размыкания контактной системы автомата под воздействием отключающих устройств (расцепителей).
У автоматических воздушных выключателей расцепляющим устройством является механизм свободного расцепления. Он представляет собой систему взаимосвязанных ломающихся рычагов.
При перегрузке или режиме короткого замыкания срабатывает встроенный в автомат расцепитель максимального тока. Его якорь, притягиваясь к сердечнику, воздействует на систему ломающихся рычагов, которые «ломаясь» освобождают отключающую пружину, и контакты выключателя размыкаются.
Для повторного включения автомата с ручным рычажным приводом его рукоятку рывком переводят вниз в положение «Отключено», а затем быстрым движением поворачивают до упора вверх в положение «Включено».
Отключающие устройства и расцепители относятся к реле прямого действия. По назначению и принципу действия они подразделяются на электромагнитные максимальные (тока) и минимальные (напряжения) расцепители, электромагнитные и механические реле времени, тепловые токовые реле, электромагнитные отключающие расцепители и др.
Максимальный расцепитель срабатывает при токах, превышающих ток уставки. Минимальные расцепители применяются для защиты от чрезмерного снижения напряжения ниже 50% номинального.
Отключающие расцепители используются для дистанционного отключения автомата. Катушка отключающего расцепителя рассчитана на кратковременное пребывание под током, поэтому она включается под напряжение через блок-контакты коммутатора автомата.
На речных судах применяются трехполюсные автоматические воздушные выключатели в морском исполнении серий АВ и AM. Эти выключатели рассчитаны на использование в цепях постоянного тока напряжением до 500 В и в цепях переменного тока напряжением до 400 В, при частоте тока 50 и 400 Гц.
В зависимости от назначения различают автоматы неселективные с выдержкой времени при перегрузках и с расцепителями мгновенного действия при токах короткого замыкания (АВ-4НМ и АВ-10НМ), селективные с выдержкой времени при перегрузках и токах короткого замыкания (АВ-40М и АВ-10СМ).
Выключатели обоих типов имеют по два максимальных расцепителя и один отключающий или минимальный расцепитель на 127 и 220 В переменного тока частотой 50 Гц. Автоматы изготовляют на номинальные токи 400 и 800 А. Номинальный ток катушек максимального расцепителя 120 — 400 А и 500 — 800 А.
Максимальные расцепители выключателей возвращаются в исходное положение, когда ток перегрузки уменьшается до 70% тока уставки.
Автоматы могут иметь рычажный или электродвигательный (дистанционный) привод. У автоматических выключателей с рычажным приводом два замыкающих и два размыкающих блок- контакта, а с электродвигательным приводом — по три замыкающих и размыкающих контакта.
Общий вид автоматического выключателя серии АВ показан на рис. 30. Выключатель имеет главные, предварительные и разрывные контакты.
Главные неподвижные контакты снабжаются серебряно- никелевыми, а подвижные — серебряно-никельграфитовыми накладками.
Выдержка времени в селективных автоматах осуществляется электромагнитным расцепителем, снабженным механическим замедлителем расцепления.
Выдержка времени в селективных автоматах осуществляется электромагнитным расцепителем, снабженным механическим замедлителем расцепления.
В более мощных электрических установках могут применяться универсальные автоматические выключатели серии AM, изготовляемые на токи 800, 1500 и 2500 А при напряжении 230 В на постоянном и 400 В на переменном токе. Автоматы рассчитаны на работу при кренах и вибрации судна. В них применены механические регулируемые замедлители с часовым механизмом (селективная пристройка). Отключающие расцепители автомата надежно работают при изменении напряжения в пределах от 50 до 100% номинального. Автоматы выполняются со свободными блок-контактами, служащими для блокировок с другими цепями.
Рис. 30. Автоматический выключатель серии АВ:
1 — главные неподвижные контакты; 2 — главные подвижные контакты; 3 — предварительные контакты; 4 — разрывные контакты; 5 — дугогасящая камера; 6 — главный вал; 7 — магнитопровод расцепителя максимального тока, надетый на шину
Установочные автоматические выключатели серий А-3100 и А-3300 применяются в судовых распределительных устройствах для защиты цепей постоянного тока напряжением до 320 В и переменного тока до 400 В и частотой 50 Гц. По номинальному току автоматы выпускаются четырех величин: до 50, 100, 200, 600 А, по числу полюсов — двух- и трехполюсными. Автоматы серии А-3300 имеют специальное исполнение и предназначены для установки на судах.
Автоматический установочный выключатель (рис. 31) состоит из контактной системы, механизма свободного расцепления, комбинированного максимального расцепителя (реле), дугогасительного устройства,
При автоматическом отключении рычаги механизма свободного расцепления ломаются под воздействием максимального расцепителя и автомат отключается. Механизм свободного расцепления обеспечивает моментальное замыкание и размыкание контактов, не зависящие от скорости поворота рукоятки, и мгновенное их размыкание под воздействием расцепителей.
Максимальный комбинированный расцепитель состоит из теплового и электромагнитного расцепителей; тепловой расцепитель срабатывает с определенной выдержкой времени при возникновении перегрузки, электромагнитный — мгновенно при коротких замыканиях.
Рис. 31. Автоматический выключатель серии А-3300:
1 — шины тепловых элементов; 2 — биметаллические пластинки тепловых реле; 3, 4 — подвижный и неподвижный главные контакты; 5—токоведущая типа; 6 — вывод; 7 — дугогасительная камера; 8 — крышка; 9 — рукоятка управления; 10— механизм свободного расцепления; 11 — рычаг механизма управления; 12 — собачка; 13 — удерживающая рейка; 14 —регулировочные винты теплового элемента расцепителя; 15 — якорь расцепителя; 16 — возвратная пружина; 17 — токовая катушка; 18— сердечник расцепителя
Рукоятка управления автомата, изготовленная из пластмассы, может занимать три положения: верхнее — автомат включен, нижнее — автомат выключен вручную или взведен, среднее — автомат выключен автоматически.
К недостаткам установочных автоматов относятся сравнительно длительное время (до 5 мин), необходимое для остывания нагревательных элементов тепловых расцепителей, без чего невозможно повторное включение автоматов и несменяемость их контактов.
Кроме установочных автоматов серий А-3100 и А-3300, на судах широко применяются малогабаритные автоматические выключатели серии АП-50, предназначенные для защиты от аварийных режимов маломощных электроприводов. Они выпускаются двухполюсными, постоянного тока, на напряжение до 200 В с электромагнитным расцепителем максимального тока (АП-50-2М), с тепловым расцепителем (АП-50-2Т) и с комбинированным (электромагнитным и тепловым) расцепителем (ΑΠ-50-12ΜТ, а также трехполюсными на напряжение переменного тока 380 В, частотой 50 Гц с электромагнитным расцепителем максимального тока (АП-50-3М), с тепловым расцепителем (АП-50-3Т) и с расцепителями обоих видов (АП-50-3МТ). Автоматы могут быть без блок-контактов и с ними.
Электромагнитный расцепитель максимального тока защищает электродвигатели от токов частичного (при 12-кратном превышении номинального тока) и полного короткого замыкания.
Тепловой расцепитель защищает электродвигатели от перегрузок при токе не менее 1,25Iк.
На судах применяются также малогабаритные автоматы серии АК-50. Они предназначены для защиты от перегрузок и токов коротких замыканий электрических двигателей и установок при напряжении постоянного тока до 320 В и переменного тока 400 В с частотой 50 и 400 Гц и изготовляются двух- и трехполюсными, с электромагнитными расцепителями, снабженными гидравлическими замедлителями расцепления. Корпус выключателя пластмассовый.
