Тема 4.3 Основные серии судовых автоматов

Студент должен:

Знать:

- основные серии автоматических воздушных выключателей;

- применение в системах электропривода.

Универсальные автоматические воздушные выключатели серий АВ, АВМ, АМ, АД, АС. Установочные автоматические воздушные выключатели серий А –3100, А – 3300, АК – 50. Селективные автоматы серий А – 3500, А – 3600, А – 3700. Конструктивные особенности, маркировка, применение.

Материал для изучения

Автоматические выключатели серии АК-50 с непосредственным ручным управлением предназначены для защиты судовых электрических установок при перегрузках и коротких замыканиях, а также для нечастых включений и отключений.

Автоматы рассчитаны для работы в цепях переменного тока с частотой 50 или 400Гц с номинальным напряжением 400В и постоянного тока с номинальным напряжением 220В.

Автоматы переменного тока выполняются трех- и двухполюсными:

· с электромагнитными расцепителями и гидравлическим замедлителем срабатывания типов АК50-3МГ, АК50-2МГ;

· без замедлителя срабатывания типов АК50-3М, АК50-2М на токи отсечки пяти-, либо семи-, либо десятикратного значения от номинального тока расцепителя.

Рис. 4.3.1. Автоматический выключатель серии АК50

Автоматы, предназначенные для работы в цепях переменного тока частотой 400 Гц (АК50-400-3МГ) и частотой 400 и 50 Гц (АК50-400/50-3МГ), выполняются также в двух рассмотренных выше вариантах.

Двухполюсные автоматы для сети постоянного тока напряжением 320В выпускаются с электромагнитными расцепителями с гидравлическим замедлителем срабатывания и без замедлителя на ток отсечки, пятикратный от номинального тока расцепителя. Номинальные токи расцепителей от 0, 6 до 50А. Автоматы без расцепителей (неавтоматические выключатели) имеют номинальный ток 50А.

Узлы автомата смонтированы в корпусе из пластмассового материала. Со стороны механизма корпус закрывается крышкой, а со стороны расцепителей — дном. При брызгозащищенном исполнении имеется дополнительная оболочка, в которую вставляется автомат. Оболочка снабжена механизмом для ручного управления автоматом.

Автомат состоит из следующих узлов (рис. 4.3.1): корпуса 8, крышки 1, механизма управления 2, дугогасительного устройства 3, расцепителей максимального тока 6, выводных зажимов 7, контактов 16, 17, дна 9 и других деталей.

Механизм управления автоматом построен на принципе свободного расцепления. Он обеспечивает моментное замыкание и размыкание контактов, не зависящее от скорости движения ручки управления. Независимо от воздействия оператора на ручку управления механизм обеспечивает автоматическое отключение автомата под действием расцепителей при перегрузках и коротких замыканиях.

Включение автомата после автоматического отключения производится двумя движениями ручки: первым в сторону отключения для взвода; вторым — в сторону включения на замыкание контактов.

Положение ручки управления определяет коммутационное положение автомата. На стойках механизма управления автомата смонтирована траверса роторного типа из пластмассы 18. В пазах траверсы размещены подвижные контакты 16.

Траверса, вращаясь вокруг оси на заданный угол, осуществляет двукратный разрыв цепи в каждой фазе.

Подвижные 16 и неподвижные 17 контакты представляют собой медные фигурные пластинки с напаянными контактами из металлокерамики на основе серебра.

Дугогасительное устройство представляет собой камеру со стальными пластинами. В каждой фазе имеются две такие камеры. Они совместно с неподвижными контактами закрепляются на корпусе стальными скобами, способствующими втягиванию дуги в камеру.

В период отключения траверса цилиндрической частью перекрывает открытую сторону дугогасительных камер, благодаря чему камеры оказываются закрытыми со всех сторон. Конструкция дугогасительного устройства с применением в каждой фазе последовательного двойного разрыва дуги в камерах позволяет надёжно гасить дугу как постоянного, так и переменного токов.

Реле расцепителя максимального тока представляет собой электромагнитную систему с двумя подвижными частями — якорем 11 и плунжером 14, являющимися частью магнитопровода реле. Внутри катушки реле 12 размещена трубка 13, в которую вставляется стальной плунжер 14 с пружиной 15. В трубку заливается специальная кремнийорганическая жидкость, которая замедляет движение плунжера и обеспечивает в зоне перегрузок выдержку времени срабатывания расцепителей, обратно зависимую от тока.

При токах перегрузки якорь 11 притягивается к стопу в тот момент, когда плунжер, уменьшая сопротивление магнитной цепи при перемещении внутри трубки, обеспечивает необходимую индукцию в воздушном зазоре.

При малых токах перегрузки притягивание якоря происходит в момент, когда плунжер подходит к стопу. При больших токах перегрузки притягивание якоря происходит до подхода плунжера к стопу. При токах отсечки передвижение плунжера не требуется, так как магнитная индукция в воздушном зазоре достаточна для притягивания якоря. Усилие якоря передается через коромысло 10 на рейку 4, входящую в зацепление с винтом 5 рычага механизма свободного расцепителя, который отключает автомат. Возврат в первоначальное положение якоря и рейки осуществляется с помощью пружин.

Время срабатывания автомата зависит от отношения тока отсечки к номинальному току расцепителя. Если это отношение равно 1, 1, то автомат не срабатывает в течение 1 ч; при отношении 1, 35 — срабатывает в течение 30 мин, при отношении 5, 7, 8 или 10 автомат срабатывает за 0, 02—0, 04с.

Автоматы в брызгозащищенном исполнении для работы в продолжительном режиме изготовляются на номинальные токи расцепителей до 25А.

Коммутационная способность выключателей: для постоянного тока напряжением 220В при постоянной времени цепи 0, 01с составляет 4, 5 кА (установившееся значение); амплитудное значение ударного тока при напряжении 400В, cos j = 0, 4, частоте 50 Гц — 9кА, при 400 В и 400 Гц — 12 кА. Для автоматов без электромагнитных расцепителей допустимый ток отключения равен 50А.

Рис. 4.3.2. Автоматический выключатель серии А3300

Электрическая износоустойчивость составляет 6000 включений и отключений вручную неиндуктивной нагрузки при номинальном токе и напряжении. Механическая износоустойчивость — 26 200 включений и отключений.

Автоматические выключатели серии АК-63 на номинальные токи расцепителей от 0, 6 до 63А аналогичны по конструкции автоматам серии АК50 и имеют близкие выходные параметры и габаритные размеры.

Автоматические выключатели А3300. Установочные автоматические воздушные выключатели А3300 предназначены для защиты электрических установок при перегрузках и коротких замыканиях и для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей.

Установочные автоматы данной серии изготовляются с комбинированными или только электромагнитными расцепителями максимального тока. Комбинированный расцепитель имеет тепловой элемент, срабатывающий с обратнозависимой от тока выдержкой времени при перегрузках, и электромагнитный — срабатывающий мгновенно при токах короткого замыкания. Электромагнитный расцепитель имеет только электромагнитный элемент мгновенного действия. Выключатели могут иметь также и независимый расцепитель для дистанционного их отключения и вспомогательные контакты. Кроме того, выключатели могут быть выполнены без расцепителей максимального тока для применения в качестве неавтоматических. Установочные автоматы имеют ручное управление со свободным расцеплением, моментным замыканием и размыканием контактов.

Установочные автоматы серии А3300 выполняются двух-: и трехполюсными четырех габаритов (величин). Установочные автоматы первой и второй величины рассчитаны на ток до 100А, третьей величины — до 200А и четвертой — 600А. Они применяются в цепях переменного тока 50 Гц с номинальным напряжением до 400В и цепях постоянного тока с номинальным напряжением до 320В.

Кожух автомата выполнен из пластмассы и состоит из основания 9, на котором неподвижно смонтированы все части выключателя, и крышки 14, привинчиваемой к основанию (рис. 4.3.2). Коммутирующие контакты выполнены из металлокерамических композиций на основе серебра. У автоматов четвертой величины контактная система двухступенчатая и состоит из главных и дугогасительных контактов. У автоматов других габаритов главные контакты б и 7 являются одновременно и дугогасительными. Они имеют небольшое перекатывание при включении. При перекатывании контактов обеспечивается коммутация токов верхними частями контактов. Тем самым их нижние рабочие части защищаются от преждевременного электрического износа.

Неподвижные контакты 7 укреплены на медных шинах 8, имеющих вывод 10 для присоединения автомата к внешней цепи. Подвижные контакты 6 укреплены на медном основании 13, которое крепится на контактодержателе 5. Подвижные контакты соединены гибким проводом 3 с токовой шиной 4 расцепителя максимального тока 18. Второй конец цепи расцепителя заканчивается нижним выводом 26 для присоединения автомата к внешней цепи.

Дугогасительные камеры со стальными пластинками 12 расположены над контактами каждого полюса и укреплены в изоляционных стенках 11 камер.

Расцепитель 18 устанавливается в нижней части автомата. Он состоит из механизма зацепления, удерживающей рейки 20 и токовых элементов. Механизм зацепления связывает механизм выключателя свободного расцепления с удерживающей рейкой расцепителя. Механизм зацепления состоит из собачки 19, валиков и пружин, удерживающих собачку в определенном положении. Удерживающая рейка представляет собой стальной спрессованный пластмассовый валик с кулачками и пазами. В один паз заводится фиксирующая пружина, а в другой проваливается при повороте валика конец находящейся в зацеплении с ним собачки.

Комбинированный расцепитель состоит из теплового и электромагнитного элементов. Тепловые элементы расцепителей состоят из шин 1, 4 и двух биметаллических пластинок 2, по которым протекает нагревающий ток. У автоматов четвертого габарита биметаллические пластинки имеют косвенный подогрев. При нагревании биметаллические пластинки изгибаются в разные стороны и регулировочными винтами 21 поворачивают удерживающую рейку. При этом собачка 19 проскакивает в паз рейки и освобождает рычаг 17 механизма управления, что приводит к размыканию контактов автомата.

Электромагнитный элемент расцепителя состоит из сердечника 25, якоря 22, возвратной пружины 23 и токовой катушки 24. Магнитная система расцепителя клапанного типа с двумя зазорами. В автоматах на большие токи роль токовой катушки выполняет токоведущая шина автомата. Магнитная система делается шихтованной, что дает возможность использовать расцепитель как на постоянном, так и на переменном токе.

При возникновении в одной из фаз автомата тока короткого замыкания срабатывает электромагнитный элемент этой фазы. Якорь притягивается к сердечнику, ударяет по кулачку удерживающей рейки, поворачивая ее. В дальнейшем процесс отключения автомата происходит так же, как и под действием теплового элемента.

Механизм свободного расцепления 16 обеспечивает моментное замыкание и размыкание контактов, не зависящее от скорости движения рукоятки при ручном включении и отключении автомата. Он также позволяет получить моментное размыкание контактов с их расцеплением от рукоятки при отключении автомата расцепителем максимального тока или отключающим расцепителем. Механизм устроен так, что по положению рукоятки 15 можно определить коммутационное положение выключателя. Во включенном положении выключателя рукоятка занимает крайнее верхнее положение, в отключенном вручную — крайнее нижнее, а в отключенном расцепителем — промежуточное положение.

Для включения выключателя, отключившегося автоматически, нужно сначала перевести его рукоятку до упора в сторону метки «Отк» (взвести механизм), а затем вверх в сторону метки «Вкл».

Вспомогательные контакты и независимый (отключающий) расцепитель устанавливаются в автоматических и неавтоматических выключателях трехполюсного исполнения второй, третьей и четвертой величины. Отключающий расцепитель — электромагнитный, соленоидного типа с шунтовой катушкой. Катушка расцепителя рассчитана на кратковременный режим работы и после срабатывания автоматически должна отключаться замыкающим — вспомогательным контактом.

Защитные свойства установочных автоматов определяются расцепителем. Электромагнитный расцепитель осуществляет мгновенную неселективную защиту. Он характеризуется номинальным током и уставкой на ток мгновенного срабатывания. Тепловые расцепители отличаются друг от друга номинальным током и времятоковой характеристикой. Комбинированные расцепители характеризуются номинальным током, времятоковой характеристикой и уставкой тока мгновенного срабатывания.

Рис. 4.3.3. Времятоковые характеристики установочного автомата

На рис. 4.3.3 приведена типичная времятоковая характеристика автомата с тепловым и электромагнитным расцепителями. Режиму работы теплового расцепителя соответствует кривая аbс, электромагнитного — а'b'с', комбинированного — abb'с '.

Номинальная уставка электромагнитных элементов на ток срабатывания в зоне короткого замыкания составляет:

· у автоматов с электромагнитным расцепителем первой и второй величины (4, 2—14)I_ном, третьей величины—(4, 2—14) I_ном, четвертой величины — (2, 9—7) I_ном;

· у автоматов с комбинированным расцепителем номинальная уставка на ток срабатывания в зоне короткого замыкания равна: на постоянном токе 5 I_ном, на переменном токе — (7—14) I_ном.

Время срабатывания тепловых элементов расцепителя при токе перегрузки 1, 1 I_ном составляет 2—4 ч; при 1, 5 I_ном не более 1, 5—2 ч с установившегося нагретого номинальным током состояния; при 5 I_ном не более 20—90с с холодного состояния; при 7 I_ном не менее 4—6с с холодного состояния. Повторное включение автоматически отключенного автомата возможно только спустя 1 — 5 мин после того, как остынет тепловой расцепитель.

Коммутационная способность различных типов автоматов А3300 зависит от их габаритов и при U = 320В и постоянной времени цепи 0, 01с составляет от 5 до 50 кА. На переменном токе при напряжении 400В и cos j ³ 0, 5 автоматы могут коммутировать токи до 5—50 кА,

Все автоматы серии А3300 имеют защищенное исполнение. Износоустойчивость автоматов 10 000 циклов «включено—выключено». Автоматические выключатели серии A3100, А3500 и А3700 аналогичны по конструкции выключателю серии А3300.

По выходным параметрам и габаритам выключатели серии A3100 близки к автоматам серии А3300. При использовании их в сетях постоянного тока и переменного тока частотой 50 Гц они имеют практически одинаковые технические данные. Применять автоматы серии А3300 вместо А3100 необходимо на постоянном токе в сетях с напряжением 320 В, а на переменном токе при напряжении 380 В и частоте 400 Гц необходимо снижать после 60 А шкалу номинальных токов расцепителей на 6 — 20%.

Кроме того, автоматы серии А3300 в отличие от автоматов A3100 имеют больше вариантов уставок электромагнитных расцепителей и более определенные амперсекундные характеристики срабатывания комбинированных расцепителей.

Если необходимо обеспечить селективность защиты в системе, то целесообразно применять автоматы серии А3500.

Автоматы серии А3700 рассчитаны на напряжение до 440В постоянного тока и до 660В переменного тока частотой 50 Гц. Они обладают наилучшими коммутационными параметрами и характеристиками защитного устройства, но по механической прочности уступают автоматам серий А3300 — А3500. Поэтому при повышенной вибрации их применять нецелесообразно.

Рис. 4.3.4. Автоматический выключатель серии AM

Автоматические выключатели серии AM. Автоматические селективные воздушные выключатели серии AM предназначены, для защиты электрических цепей переменного и постоянного тока при коротких замыканиях и для нечастых коммутаций этих цепей при номинальных режимах. Автоматы могут осуществлять также минимальную защиту.

Конструкция автоматов предусматривает отключение либо с выдержкой времени в зоне короткого замыкания, либо мгновенное, без выдержки времени. Автоматы рассчитаны для работы в цепях переменного тока напряжением 400В, 50 Гц и цепях постоянного тока с напряжением до 560 В. Автоматы серии AM выполняются пяти величин на номинальные токи от 800 до 5500А в двух- или трехполюсном исполнении выдвижного типа, открытого исполнения, с ручным рычажным и дистанционным приводом.

Значения номинальных токов максимальных расцепителей в зависимости от величины автомата лежат в пределах от 130 до 5500А,

Каждый полюс автомата AM (рис. 4.3.4) состоит из контактной части и дугогасительной камеры, собранных на изоляционных стенках. Контактная часть каждого полюса состоит из главного подвижного контакта 20, главных неподвижных контактов 6 и 21, дугогасительных контактов 5 и 2,

Для осуществления большого количества контактных точек главный подвижный контакт 20 исполняется в виде парных роликов. Оси роликов обработаны по сферической форме, что обеспечивает самоустановление контактов. Ролики изготовляются из меди и окантованы по контактной части серебром толщиной 1 мм. Количество и размеры роликов на одном полюсе определяются номинальным током автомата. Число контактных роликов в одном полюсе может быть от двух до восьми. Подвижным контактом движение сообщается через контактный вал с пластмассовым кулачком 4. Неподвижный дугогасительный контакт имеет электродинамическое компенсирующее устройство, использующее электродинамические силы отталкивания. Гашение электрической дуги происходит в специальной дугогасительной камере 3, которая изготовляется из дугостойкого материала. Внутренние стенки камеры сходятся в узкую щель и имеют сильно развитую охлаждающую поверхность в виде лабиринта. Дуга, возникающая на дугогасительных контактах при отключении автомата, под действием электродинамических сил растягивается, переходит на дугогасительные рога и, перемещаясь внутри камеры, интенсивно охлаждается и гаснет.

Включение и отключение автомата осуществляется ручным рычажным приводом, который связан с контактным валом посредством промежуточных передач и механизма свободного расцепления. При автоматическом отключении автомата приводной вал остается на месте. Следовательно, по положению рукоятки привода нельзя судить о положении контактов автомата. Поэтому автоматы имеют со стороны механизма свободного расцепления указатель, показывающий положение контактной части автомата.

Механизм свободного расцепления помещается на изоляционной стенке автомата, производит его включение и обеспечивает разъединение связи контактной части и привода при автоматическом и ручном отключении.

Механизм свободного расцепления представляет собой систему шарнирно-связанных рычагов, которые получают движение от привода через включающий валик 12 или отключающий валик 13,

В зависимости от варианта исполнения автомата в него встраиваются пристройки. К пристройкам относятся: расцепители максимальные, селективная пристройка с устройством для ее выведения, расцепители отключающий или нулевой, коммутатор (вспомогательные контакты).

Максимальные расцепители предназначены для автоматического отключения автомата при токах перегрузки и короткого замыкания. Максимальный расцепитель 15 электромагнитного типа и состоит из ярма 1, якоря 19. Регулирование величины тока срабатывания при коротких замыканиях осуществляется возвратными пружинами, соединенными с регулировочным винтом 16.

Для создания магнитного потока либо применяются токовые катушки, либо магнитопровод охватывает неподвижный контакт 21. Таким образом, магнитное поле тока, проходящего через неподвижный контакт, намагничивает магнитопровод максимального расцепителя. Максимальные расцепители производят отключение автомата роликом 17 через селективную пристройку. При этом ролик 17, воздействуя на рычаг 18, поворачивает селективный валик 7 и рычаг селективной пристройки.

Селективная пристройка предназначена для осуществления выдержки времени при отключении в зоне токов короткого замыкания. Выдержка времени достигается за счет действия часового механизма селективной пристройки.

Отключающий или нулевой расцепитель 10 отключает автомат мгновенно, независимо от величины уставки, на время замедленного срабатывания. Он предназначен для дистанционного отключения автомата, и его катушка включается через замыкающие контакты коммутатора. При включении катушки на напряжение якорь 8 притягивается, освобождает рычаг 9 и последний поворачивает отключающий валик автомата. Возвращение отключающего расцепителя во введенное положение происходит при взведении автомата. При этом включающий валик 12 поворачивается против часовой стрелки и рычагом 14 через ролик 11 и рычаг 9 сцепляет собачку отключающего расцепителя с якорем 8.

Нулевой расцепитёль предназначен для автоматического отключения автомата при снижении напряжения в главной цепи ниже допустимого. Конструктивно он почти не отличается от отключающего расцепителя.

При снижении напряжения ниже допустимого якорь 8 нулевого расцепителя отпадает и освобождает рычаг 9, который поворачивает отключающий валик автомата. Автомат мгновенно включает цепь. Возвращение нулевого расцепителя во взведенное положение происходит аналогично отключающему расцепителю. Koммутатор автомата служит для осуществления сигнализации и электрической блокировки.

Пределы уставок максимальных расцепителей на ток срабатывания при коротком замыкании составляют: на переменном токе 2—8 номинального тока расцепителя, на постоянном токе 2—4, 5.

У комбинированного расцепителя пределы уставок на ток срабатывания при перегрузках составляют 1, 5—2 номинального тока расцепителя.

Расцепители максимального тока с механическим замедлителем имеют выдержки времени на срабатывание автомата 0, 18; 0, 38; 0, 63с.

Электродинамическая устойчивость и коммутационная способность автоматов серии AM на переменном токе при напряжении 400В характеризуется предельным значением ударного тока от 30 до 120 кА (действующее значение тока 20—50 кА). На постоянном токе в цепи с постоянной времени 7мс и напряжением 560В максимально допустимый ток равен 50—80 кА.

Износоустойчивость автоматов 5100 циклов «включено—выключено». Автоматы серии AM имеют открытое исполнение корпуса.