Автоматические воздушные выключатели типа А2000 предназначены в качестве аппаратов защиты элементов судовых электроэнергетических установок при перегрузках, -коротких замыканиях, обратных мощностях. Выключатели этого типа допускают применение селективной пристройки, позволяющей осуществлять селективную работу нескольких таких аппаратов между собою и с другими аппаратами защиты.
Автоматические воздушные выключатели этого типа выпускаются на номинальные токи до 1500 А при напряжении постоянного тока до 440 в и переменного тока до 500 в. Выключатели выпускаются в однополюсном, двухполюсном и трехполюсном исполнении.
Автоматические воздушные выключатели типа А2000 имеют контактную систему, состоящую из главных, предварительных и дугогасящих контактов.
Дугогасящее устройство с деионным гашением электрической дуги в этих аппаратах представляет собою цемент-асбестовую камеру, внутри которой расположена деионная решетка, состоящая из ряда параллельно расположенных стальных пластин.
Механизм свободного расцепления представляет собою систему из четырех рычагов, шарнирно между собой связанных. Один крайний рычаг жестко связан с приводом или рукояткой, второй — с главным валом аппарата. Автоматическое отключение аппарата происходит под воздействием максимального или отключающего (независимого) расцепителей. Максимальный расцепитель представляет собою электромагнитное токовое реле и имеет три калиброванные уставки на разные токи срабатывания.
Отключающий расцепитель также представляет собой электромагнитное реле, притягивающее свой якорь и вызывающее отключение аппарата при подаче питания в его катушку. Обмотка этого расцепителя рассчитана на -кратковременное включение, поэтому она должна автоматически отключаться после срабатывания автоматического выключателя. Для этой цели на выключателе предусмотрены нормально открытые блок-контакты.
Рис. 46. Принципиальная схема максимального расцепителя с часовым и электромагнитным замедлителем расцепления
Для предотвращения ложных отключений аппарата при кратковременных малых перегрузках, превышающих ток уставки максимального расцепителя, у него предусмотрена выдержка времени. Выдержка времени осуществляется посредством масляного
замедлителя, пристроенного к максимальному расцепителю. Масляный замедлитель препятствует срабатыванию максимального расцепителя при малых кратковременных перегрузках и дает ему возможность срабатывать с выдержкой времени при больших перегрузках и при коротких замыканиях. Выдержка времени при этом получается неустойчивой и зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются температура и вязкость масла.
В тех случаях, когда необходимо получить устойчивую выдержку времени, например для осуществления селективной защиты, у автоматических воздушных выключателей типа А2030Б и А2050Б применяются максимальные расцепители с часовым механическим замедлителем, допускающим получение выдержки времени до 10 сек. при перегрузках, и электромагнитным замедлителем, обеспечивающим выдержки времени до 0,6 сек. при коротких замыканиях.
На рис. 46 приведена принципиальная схема максимального расцепителя с часовым и электромагнитным замедлителями расцепления.
Максимальный расцепитель представляет собою обычное максимальное токовое реле. Сердечник электромагнита 1 крепится на плите выключателя. На сердечник электромагнита насажена последовательная обмотка 4 расцепителя. Якорь 2 расцепителя имеет ось вращения 3. Пружиною 5 якорь расцепителя оттягивается и прижимается к винту 8, регулирующему воздушный зазор между якорем и сердечником электромагнита. Регулировочный винт 8 закреплен в стойке 9.
Натяжением пружины 5, с помощью регулировочного винта 6, закрепленного в стойке 7, осуществляется изменение токовой: уставки максимального расцепителя. Для получения обратно зависимой от тока характеристики при перегрузках и отсечки по току при коротких замыканиях, максимальный расцепитель имеет скобу 10, тягою 12 связанную с рычагом 12 часового механизма, смонтированного в корпусе 13, укрепленном к стойке. Скоба 10 пружиною 11 прижимается к якорю 2 максимального расцепителя. Натяжением пружины 11 регулируется уставка тока отсечки. Максимальный расцепитель воздействует на отключение автоматического выключателя через электромагнитный замедлитель расцепления.
Электромагнитный замедлитель расцепления представляет собой обычное электромагнитное реле времени постоянного тока с демпферной гильзой. Обмотка 17 этого реле получает питание из сети, через блок-контакты 16, расположенные на распределительном валике 15. Контакты эти замкнуты, когда якорь максимального расцепителя оттянут пружиной 5.
При включенной обмотке электромагнитного замедлителя расцепления якорь 21 его притянут к сердечнику 19.
При размыкании контакта 16 обмотка электромагнита обесточивается, и якорь, под действием пружины, с выдержкой времени, на которую замедлитель отрегулирован, отходит от сердечника и тягой 22 воздействует на расцепляющий механизм аппарата, вызывая его отключение.
При возникновении перегрузки, большей тока уставки максимального расцепителя, якорь его начинает притягиваться к сердечнику электромагнита, преодолевая усилие пружины 5. Движение якоря, кроме того, замедляется часовым механизмом благодаря тому, что скоба 10, прижатая к якорю 2 пружиной 11, перемещается вместе с якорем 2. Скоба же 10 тягою 12 связана с рычагом 12, который приводит часовой механизм в движение.
Чем больше ток перегрузки, тем больше усилие, создаваемое электромагнитом 1 максимального расцепителя и тем быстрее происходит перемещение якоря его. Поэтому ампер-секундная характеристика максимального расцепителя с часовым замедлителем получается обратно зависимой от тока нагрузки.
Когда якорь приблизится к сердечнику, он повернет валик 15 и разомкнет закрытый блок-контакт 16. При размыкании контакта J6 цепь обмотки электромагнитного замедлителя разомкнется и замедлитель с выдержкой времени отпустит свой якорь. Якорь тягой 22 подействует на отключающий рычаг выключателя и последний выключится.
Таким образом, полное время срабатывания аппарата в этом режиме его работы определяется временем замедлителя с часовым механизмом, временем электромагнитного замедлителя, временем срабатывания расцепляющего механизма и временем гашения электрической дуги. Основным из этих времен является время срабатывания замедлителя расцепления с часовым механизмом.
При коротком замыкании усилие электромагнита максимального расцепителя оказывается настолько большим, что якорь его; преодолевая усилие пружины 5 и пружины 11, сразу, без выдержки времени, притягивается к сердечнику электромагнита и производит размыкание контакта 16. Электромагнитный замедлитель расцепления с выдержкой времени срабатывает и производит отключение аппарата.
Рис. 47. Ампер-секундная характеристика автоматического выключателя с максимальным расцепителем и часовым и электромагнитным замедлителями расцепления
По сравнению с предыдущим случаем полное время срабатывания выключателя уменьшается на величину времени срабатывания замедлителя расцепления с часовым механизмом. Основной составляющей полного времени срабатывания выключателя в этом случае является время срабатывания электромагнитного замедлителя расцепления.
На рис. 47 приведена ампер-секундная характеристика автоматического выключателя с максимальным расцепителем и часовым и электромагнитным замедлителями расцепления. Участок аб характеристики соответствует режиму работы выключателя при перегрузках, когда полное время срабатывания аппарата определяется преимущественно временем срабатывания часового замедлителя расцепления. Участок вг соответствует работе аппарата при коротком замыкании, когда полное время отключения определяется преимущественно временем срабатывания электромагнитного замедлителя расцепления (рис. 46). Уставка тока максимального расцепителя регулируется натяжением пружины 5. Время срабатывания изменяется уставкой часового механизма. Уставка тока отсечки расцепителя регулируется натяжением пружины 11. Время срабатывания при токовой отсечке изменяется толщиной латунной прокладки 23 электромагнитного замедлителя расцепления.
Для предотвращений ложных срабатываний аппарата при перерыве питания сети, которую он защищает, в нем предусмотрена не показанная на рисунке механическая блокировка токового реле и электромагнитного реле времени, не допускающая
Рис. 49. Схема включения автоматического воздушного выключателя типа А2000 переменного тока
Рис. 48. Схема включения автоматического воздушного выключателя типа А2000 постоянного тока
Рис. 48. Схема включения автоматического воздушного выключателя типа А2000 постоянного тока
срабатывания выключателя при одном только разрыве цепи катушки 17 электромагнитного реле времени.
Выключатель срабатывает лишь тогда, когда оказывается .притянутым якорь токового реле и разомкнута цепь катушки электромагнитного реле времени. Благодаря этому при случайном обрыве цепи катушки автоматический выключатель этого типа при малых перегрузках работает с выдержкой времени, определяемой только выдержкой времени часового механизма, а при коротких замыканиях без выдержки времени, как аппарат мгновенного действия. Время срабатывания аппаратов в этом случае составляет около 0,05 сек.
На рис. 48 и 49 приведены схемы включения автоматических воздушных выключателей.
Основные технические данные автоматических воздушных выключателей типа А2000 приведены в табл. 32, а общий вид выключателя на рис. 50.
Если полное время срабатывания автоматического воздушного выключателя с селективной пристройкой разбить на составляющие подобно тому, как это было сделано применительно к установочным автоматическим воздушным выключателям, то оно будет отличаться наличием дополнительных промежутков времени.
Рис. 50. Общий вид автоматического воздушного выключателя типа А2000
Таблица 32
Технические характеристики автоматов максимального тока серии А2000 открытого исполнения
- Для цикла О-180-ВО, означающего: О — автомат отключает ток, будучи предварительно замкнут без тока; ВО — автомат включается под током и автоматически отключает ток; 180 —интервал в секундах между операциями О и ВО.
- Для напряжения 440 в при наличии защиты в обоих полюсах автомата.
- Амплитудные значения трехфазного тока частотой 50 Гц.
- Определяется на основании предельно допустимой температуры нагре ва токоведущих частей при коротком замыкании, а также значения среднеквадратичной силы тока, проходящего через автомат при коротком замыкании.
При коротких замыканиях появляется дополнительный промежуток времени
, обязанный времени срабатывания электромагнитного замедлителя расцепления. При перегрузках к этому времени 
добавится время срабатывания замедлителя расцепления с часовым механизмом
. Сумма времен
и тем более
значительно больше времени
, поэтому селективность работы этих аппаратов как между собою, так и с другими аппаратами защиты может быть легко обеспечена. Это качество является одним из достоинств выключателей типа А2000 с селективной пристройкой.
Электромагнитный замедлитель расцепителя выключателей А2000, как уже об этом говорилось выше, представляет собой обычное электромагнитное реле времени постоянного тока. При применении автоматических выключателей в установках переменного тока, обмотка электромагнита этого реле получает обычно питание от сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители.
На выдержку времени электромагнитного замедлителя расцепления оказывает существенное влияние ряд факторов. К числу важнейших относятся: вибрация, тряска, температура обмотки электромагнита; напряжение сети. Для обеспечения надежной селективной работы автоматических воздушных выключателей типа А2000 с селективной пристройкой, с учетом перечисленных факторов, необходимо, чтобы уставки времени электромагнитных замедлителей двух смежных аппаратов отличались друг от друга приблизительно на 0,15—0,2 сек.
Так, например, при схеме защиты электроэнергетической установки постоянного тока, подобной представленной на рис. 51, при отсутствии выдержки времени у автоматических выключателей 0,05 сек.), время срабатывания селективного автоматического выключателя А3 должно быть равно t3 = 0,25 сек., время срабатывания выключателя Av установленного между секциями шин двух генераторов, должно быть равно На выдержку времени электромагнитного замедлителя расцепления оказывает существенное влияние ряд факторов. К числу важнейших относятся: вибрация, тряска, температура обмотки электромагнита; напряжение сети. Для обеспечения надежной селективной работы автоматических воздушных выключателей типа А2000 с селективной пристройкой, с учетом перечисленных факторов, необходимо, чтобы уставки времени электромагнитных замедлителей двух смежных аппаратов отличались друг от друга приблизительно на 0,15—0,2 сек.
Так, например, при схеме защиты электроэнергетической установки постоянного тока, подобной представленной на рис. 51, при отсутствии выдержки времени у автоматических выключателей 0,05 сек.), время срабатывания селективного автоматического выключателя А3 должно быть равно t3=0,25 сек.
На выдержку времени электромагнитного замедлителя расцепления оказывает существенное влияние ряд факторов. К числу важнейших относятся: вибрация, тряска, температура обмотки электромагнита; напряжение сети. Для обеспечения надежной селективной работы автоматических воздушных выключателей типа А2000 с селективной пристройкой, с учетом перечисленных факторов, необходимо, чтобы уставки времени электромагнитных замедлителей двух смежных аппаратов отличались друг от друга приблизительно на 0,15—0,2 сек.
Так, например, при схеме защиты электроэнергетической установки постоянного тока, подобной представленной на рис. 51, при отсутствии выдержки времени у автоматических выключателей 0,05 сек.), время срабатывания селективного автоматического выключателя А3 должно быть равно t3=0,25 сек., время t2=0,40 сек. и, наконец, время срабатывания выключателей генераторов должно быть порядка t1=0,6 сек.
При указанных интервалах времени срабатывания выключателей надежная селективность работы их будет обеспечена. Такие времена срабатывания автоматических воздушных выключателей являются более или менее приемлемыми для электроэнергетических установок постоянного тока.
Для электроэнергетических установок переменного тока приведенные времена срабатывания аппаратов защиты нельзя признать удовлетворительными, так как при коротких замыканиях на фидерах, отходящих от шин главных распределительных щитов, защищенных автоматическими выключателями А2, с временем срабатывания порядка 0,25 сек. возможно отключение большого количества электроприводов с контакторной аппаратурой управления.
В таком случае возможно либо применение схем с автоматическим повторным включением для наиболее ответственных электроприводов, либо отказ у этих электроприводов от контакторной пускорегулирующей аппаратуры, если это возможно, либо, наконец, отказ от селективности защиты фидеров и установки автоматических выключателей А3 без выдержки времени и соответствующим уменьшением выдержек времени у аппаратов А1 и А2.
Последний вариант является наиболее простым и, вместе с тем, рациональным, так как позволяет сохранить обычную контакторную аппаратуру и не усложняет схем управления электроприводами. Нарушение же селективности на фидерах является меньшим недостатком, чем усложнение схем или отказ от контакторной аппаратуры.
Все высказанные соображения относятся к электроэнергетическим установкам относительно большой мощности с многоступенчатой защитой.
Суда с малыми и средними мощностями судовых электроэнергетических установок имеют 2—3 ступени защиты. В качестве аппаратов защиты на них (кроме генераторов, у которых иногда устанавливаются селективные автоматические выключатели) находят себе исключительное применение установочные автоматы и плавкие предохранители. Установочные автоматы и плавкие предохранители имеют времена срабатывания весьма малые, при которых нарушение нормальной работы установки оказывается невозможным. Однако при их применении усложняется задача обеспечения селективной защиты. Защита в таком случае возможна ограниченной пределами токов уставки электромагнитных расцепителей как при применении установочных автоматов, так и при применении установочных автоматов и плавких предохранителей.
Отключающая способность автоматических воздушных выключателей типа А2000 по своей величине мало отличается от разрывной способности установочных автоматов. Она достаточна для судов среднего водоизмещения со средними мощностями электроэнергетических установок и зачастую оказывается недостаточной для судов большого водоизмещения.
Габариты выключателей этого типа, так же как и веса, относительно велики.
Недостаточная разрывная способность автоматических воздушных выключателей тока А2000 и относительно большие габариты и веса заставили электротехническую промышленность в последние годы разработать серию новых автоматических воздушных выключателей типа AM. Эти выключатели по своим качествам значительно превосходят выключатели серии А2000.
