Содержание
Вступление
Автоматические выключатели являются довольно уникальными устройствами в том смысле, что они представляют собой механические устройства, подключенные к электрической системе. Со времени, когда были использованы первые электрические системы, всегда существует необходимость в механизме или устройстве, которое может инициировать и прерывать поток электрического тока. В энергосистеме часто необходимо включать или выключать различные электрические устройства и цепи, такие как генераторные установки, линии электропередач, распределительные системы и т. Д., Либо в нормальных условиях эксплуатации, либо в ненормальных ситуациях. Первоначально эта задача выполнялась переключателем и предохранителем, соединенными последовательно с электрической цепью. Основным недостатком такой установки является то, что если перегорел плавкий предохранитель, часто требуется много времени, чтобы заменить его и восстановить источник питания. Другой и главный недостаток заключается в том, что предохранитель не может прерывать сильные токи повреждения. Эти ограничения ограничивали использование комбинации переключателя и предохранителя для цепей малого напряжения и малой мощности. Но в случае системы высокого напряжения и большого тока желателен более надежный способ, чем использование переключателя и предохранителя. Это достигается с помощью автоматических выключателей.Что такое автоматические выключатели?
Автоматические выключатели — это механические переключающие устройства, которые могут создавать, переносить или размыкать цепь вручную или автоматически при нормальных и ненормальных условиях цепи. В нормальных условиях автоматический выключатель может создавать, переносить или отключать токи, а в ненормальных условиях он может производить или переносить в течение определенного времени и прерывать токи. Характеристики автоматического выключателя следующие:- Он может создать или оборвать цепь при нормальных условиях работы либо вручную, либо с помощью пульта дистанционного управления.
- В ненормальных или неисправных условиях он может автоматически разорвать цепь.
- Это может сделать цепь в условиях неисправности либо вручную, либо с помощью пульта дистанционного управления.
Принцип действия автоматических выключателей
Основной обязанностью автоматического выключателя является включение и выключение электрических цепей в нормальных или ненормальных рабочих условиях, один или несколько раз несколько раз. Принцип работы выключателя очень прост. Типичный автоматический выключатель состоит из неподвижного и подвижного контакта, называемого электродами. Эти контакты замкнуты при нормальных условиях работы цепи. Если система выйдет из строя, контакты будут открываться автоматически и, альтернативно, эти контакты также могут открываться вручную при необходимости (например, во время технического обслуживания). В неисправных условиях системы простой механизм отодвигает движущиеся контакты в результате возбуждения катушки отключения и, по существу, размыкания цепи. Важным явлением, возникающим при открытии контактов, является явление дуги. Если в какой-либо части системы обнаружена неисправность, контакты автоматического выключателя разъединяются, и во время этого процесса между ними возникает дуга. Пока дуга не разрядится, ток в цепи продолжает течь. Дуга не только задерживает прерывание цепи, но также вырабатывает значительное количество тепла, которое потенциально может повредить сам выключатель или всю систему. Следовательно, одной из основных проблем в автоматических выключателях является гашение дуги как можно быстрее.Феномен дуги в выключателях
Например, при неисправных условиях, таких как короткое замыкание, через контакты автоматического выключателя протекает значительно большая величина тока, прежде чем защитный механизм срабатывает и размыкает контакты. В тот момент, когда контакты начинают размыкаться, площадь контакта внезапно уменьшается и плотность тока увеличивается из-за большого тока короткого замыкания. Это приводит к повышению температуры, а выделяемое тепло достаточно для ионизации среды (воздуха или масла). Ионизированная среда действует как проводник, и между контактами возникает дуга. Эта дуга обеспечивает низкое сопротивление пути между контактами (даже если они разомкнуты), и большой неисправный ток продолжает течь, пока дуга существует, и это нарушает назначение автоматического выключателя.Причины Арк
Прежде чем разбираться в методах гашения дуг, давайте попробуем проанализировать факторы, ответственные за поддержание дуги между контактами выключателя. Причины могут быть ограничены следующими двумя:- Потенциальная разница между контактами
- Ионизированные частицы между контактами
Различные методы гашения дуги
В основном, есть два способа погасить дугу между контактами автоматического выключателя. Они есть:- Метод с высоким сопротивлением
- Метод низкого сопротивления
Метод с высоким сопротивлением
В методе высокого сопротивления сопротивление дуги увеличивается, так что ток становится незначительным для поддержания дуги. Существует несколько способов реализации метода высокого сопротивления. Некоторые способы увеличения сопротивления дуги:- Увеличение длины дуги
- Охлаждение дуги
- Уменьшение площади поперечного сечения дуги
- Расщепление дуги
Метод низкого сопротивления
В методе с низким сопротивлением, как следует из названия, сопротивление дуги поддерживается на низком уровне, пока ток не станет равным нулю и дуга погаснет естественным образом. Следовательно, этот метод также известен как метод Current Zero. Метод низкого сопротивления часто применяется в автоматических выключателях переменного тока большой мощности, так как этот метод предотвращает повторное зажигание дуги, даже когда напряжение на контактах возрастает. Другим важным фактором, который следует учитывать, является ионизация среды и тенденция ионизированных частиц поддерживать дугу. Если среда между контактами деионизируется как можно быстрее, вероятность повторного включения может быть значительно уменьшена. Деионизация среды может быть достигнута следующими способами:- Увеличение зазора между контактами
- Увеличение давления
- Охлаждение дуги
- Эффект взрыва газа
Классификация автоматических выключателей
Существует несколько способов классификации различных автоматических выключателей. Некоторые из общих критериев, используемых для классификации выключателей:- Предназначенные Приложения Напряжения
- Место установки
- Конструктивные характеристики
- Метод и среда, используемые для прерывания тока (Arc Extinction)
На основании класса напряжения
Первая логическая классификация автоматических выключателей основана на рабочем напряжении, предназначенном для используемых автоматических выключателей. Существует два типа автоматических выключателей в зависимости от уровня напряжения. Они есть:- Автоматические выключатели низкого напряжения, которые предназначены для использования при напряжениях до 1000В.
- Высоковольтные автоматические выключатели, которые предназначены для использования при напряжениях выше 1000 В.
В зависимости от типа установки
Автоматические выключатели также классифицируются в зависимости от места установки, т.е. наружной или внутренней установки. Эти автоматические выключатели обычно представляют собой высоковольтные автоматические выключатели. Внутренние автоматические выключатели предназначены для использования внутри зданий или со специальными стойкими к атмосферным воздействиям корпусами, как правило, в корпусе распределительного устройства с металлической оболочкой. Фактически, основное различие между внутренними и наружными автоматическими выключателями заключается в конструкции и корпусах упаковки, в то время как внутренняя структура, такая как токонесущие части, механизм прерывания и работа, практически одинакова.Основано на типе внешнего дизайна
Классификация автоматических выключателей также выполняется на основе физического конструктивного решения и обычно выполняется двумя способами. Они есть:- Автоматические выключатели
- Автоматические выключатели типа живого танка
Основано на типе прерывающей среды
Наиболее значимая и важная классификация автоматических выключателей основана на методе прерывания среды и дугогашения. Фактически, текущая прерывающая среда и метод гашения дуги стали главными факторами при проектировании автоматических выключателей, а также они определяли общие проектные параметры. Первоначально нефть и воздух служили прерывающей средой и продолжают использоваться даже спустя почти столетие с момента их первого внедрения. Существуют две новые технологии, одна из которых основана на вакууме, а другая — на основе газа сернистого гексафторида (SF 6 ) в качестве прерывающей среды. Эти два доминируют в современной отрасли автоматических выключателей, но масляные и воздушные выключатели также все еще находятся в эксплуатации.Различные типы автоматических выключателей
Поскольку общий и наиболее распространенный способ классификации автоматических выключателей основан на среде, используемой для гашения дуги, мы увидим различные типы автоматических выключателей, основанные на одном и том же. Обычно среда, используемая для гашения дуги, представляет собой воздух, масло, сернистый гексафторид или вакуум. Следовательно, различные типы автоматических выключателей на основе этих сред:- Воздушные магнитные выключатели
- Воздушные взрывные выключатели
- Масляные выключатели
- Серагексафторид (SF 6 ) выключатели
- Вакуумные выключатели
Воздушные магнитные выключатели
Первый автоматический выключатель — воздушный магнитный автоматический выключатель. Он также называется дугогасящим выключателем. Обычно он состоит из нескольких пластин между контактами и состоит из металлических или изолированных материалов. Когда дуга зажигается, она вступает в контакт с рядом металлических пластин. В результате основная дуга разделяется на несколько меньших дуг, которые поперек пластин и падение напряжения обычно составляет от 30 до 40 вольт. В этом типе выключателя пластины обычно металлические. Другой тип автоматического выключателя с дугогасительной камерой основан на магнитном усилителе низкого напряжения. Этот тип обычно использует изолированные дугогасительные плиты и изготовлен из керамики. В этом типе дуга сначала перемещается между изолирующими пластинами для удлинения дуги. Затем дуга охлаждается диффузией. Когда автоматический выключатель начинает размыкаться и возникает дуга, расстояние между контактами увеличивается. Катушка, которая не является частью главной проводящей цепи, входит в контакт с током. Магнитное поле, создаваемое этой катушкой, будет оказывать воздействие на дугу, и в результате дуга будет стремиться двигаться глубже в желоб.Воздушные взрывные выключатели
Вторые «воздушные» автоматические выключатели — это воздушные взрыватели. В этом типе в качестве дугогасительного средства используется воздушный взрыв высокого давления. В случае неисправности воздушный взрыв, управляемый взрывным клапаном, разомкнет контакты, а также охладит дугу. Дуга и продукты изгиба выбрасываются в атмосферу, что быстро увеличивает электрическую прочность среды. В результате перезапуск дуги предотвращается. Следовательно, дуга гаснет, и течение тока полностью прерывается. Существует три типа выключателей с воздушной струей в зависимости от направления воздушной струи относительно дуги. Они есть:- Осевой тип взрыва
- Тип креста взрыва
- Радиальный тип взрыва
