Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности

Кафедра эксплуатации электрических станций

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой ЭЭС

____________ Углов А.В.

« » _____________ 20 г.

Лекция № 4 по дисциплине «Электрооборудование электрических станций и подстанций»

для специальности «Нетрадиционные источники электроэнергии»

Тема: Электрические аппараты высокого и среднего напряжения

Цель: Сформировать у слушателей знания в части электрических коммутационных аппаратов напряжением до 1000В.

ПЛАН

1. Классификация электрических аппаратов напряжением до 1000В.

2. Автоматические воздушные выключатели напряжением до 1000В.

3. Автоматические выключатели серии А3700.

4. Автоматические выключатели серии ,,Электрон''.

5. Контакторы и магнитные пускатели.

Литература:

1. А.А. Чунихин Электрические аппараты, М.:Энергоатомиздат, 1998, учебник для ВУЗов. 718 с.

2. Л.А. Родштейн. Электрические аппараты, Л.:Энергоиздат, 1981, учебник для техникумов. 304 с.

3. В.М.Яшутин, О.Ю.Анисимов "Электрические аппараты СИЯиП, Учебное пособие, 200.

4. В.М.Яшутин, "Альбом рисунков к учебному пособию", "Электри­ческие аппа­раты", СИЯиП, 1997.

5. Б.К. Буль и др. Основы теории электрических аппаратов. М.: Высшая школа 1990. 230 с

г. Севастополь

20 г.

1 Классификация коммутационных аппаратов напряжением до 1000в

К электрическим аппаратам напряжением до 1000В относятся: рубильники, переключатели, автоматические воздушные выключатели (автоматы), предохранители, контакторы и магнитные пускатели.

Рубильником называется неавтоматический выключатель с ручным приводом на два положения. Рубильник, предназначенный для поочередного подключения к двум различным цепям, называется переключателем.

Рубильники и переключатели исполняются однополюсными, двухполюсными и трехполюсными на номинальное напряжение до 500В. Рубильники без дугогасительных устройств предназначены для отключения цепи без тока и создания видимого разрыва. Рубильники с дугогасительными устройствами допускают отключение тока до I_н.

Пакетные и кулачковые переключатели предназначены для сложных переключений одновременно в нескольких электрических цепях, например, в цепях управления, измерения и т.п.

Контакторы – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений электрических цепей при нормальных режимах работы.

Наиболее широко применяются электромагнитные контакторы, в которых включение контактной системы осуществляется электромагнитом.

Магнитный пускатель – это устройство, состоящее, как правило, из трехполюсного контактора, встроенных тепловых реле и вспомогательных контактов. Они предназначены для управления электродвигателями трехфазного тока мощностью до 75кВт.

Предохранителями называются аппараты, предназначенные для автоматического однократного отключения электрической цепи при коротком замыкании или перегрузке. Отключение цепи предохранителем осуществляется путем расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи. Плавкая вставка должна быть заменена вручную.

2 Автоматические воздушные выключатели напряжением до 1000в

Автоматический воздушный выключатель предназначен для автоматического размыкания электрических цепей при ненормальных режимах и для редких оперативных переключений при нормальных режимах работы.

В автоматических выключателях напряжением до 1000В не применяется какая-либо специальная среда для гашения дуги, она гасится в воздухе, поэтому они называются воздушными.

По числу полюсов автоматы бывают одно-, двух- и трехполюсными.

По времени срабатывания, t_ср, т.е. времени от момента, когда контролируемый параметр (ток, напряжение, температура) превысил установленное значение (уставку автомата), до момента расхождения контактов различают:

• быстродействующие автоматы с t_ср ≤ 0,005сек;

• автоматы ускоренного действия с t_ср ≤ 0,02 – 0,1сек;

• селективные автоматы с регулируемой выдержкой времени до 1сек.

С елективные автоматы позволяют осуществить селективную защиту электрических сетей путем установки автоматов с различной выдержкой времени t₁ < t₂ < t₃ (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Принцип организации селективности защит

Быстродействующие автоматы обеспечивают ограничение токов в сети, т.к. они отключают цепь до того, как ток КЗ в ней достигнет значения ударного тока i_у.

Автоматы изготавливают на токи до 6000А при напряжении переменного тока до 660В и постоянного тока до 440В. Отключающая способность автоматов достигает 200-300кА.

В любом автомате можно различить следующие основные элементы: контакты с дугогасительной системой, привод, механизм свободного расцепления, расцепители, вспомогательные контакты.

Контакты автоматов должны без перегрева длительно пропускать номинальные токи и выдерживать воздействие электрической дуги при отключении токов КЗ. По первому условию необходимо контакты выполнять с небольшим переходным сопротивлением из материала с малым удельным сопротивлением, а по второму условию – из дугостойких материалов. Ввиду того, что выполнить эти требования одновременно трудно, применяют две пары контактов – главные 1 и дугогасительные 2 (рисунок 4.2).

В нормальном режиме основная часть тока проходит по главным контактам, выполненным из меди, серебра или их сплавов. При отключении сначала размыкаются главные контакты, но разрыва цепи не происходит, так как весь ток переходит в цепь дугогасительных контактов. Затем размыкаются дугогасительные контакты, на которых и гасится электрическая дуга.

Рисунок 4.2 – Контакты коммутационного аппарата

1 – главные контакты; 2 – дугогасительные контакты

При отключаемых токах не более 30 кА дугогасительные контакты могут выполняться из меди, при больших токах – из вольфрама, его сплавов или металлокерамики. Конструктивно эти контакты выполняются так, чтобы обеспечить их простую замену.

В автоматах на малые токи предусматривается одна пара контактов. Для уменьшения переходного сопротивления нажатие контактов обеспечивается пружинами. При протекании токов КЗ между контактами создается электродинамическое усилие, стремящееся разомкнуть контакты. Чтобы компенсировать эту силу шинка вспомогательного контакта изогнута петлей, поэтому токи в ней имеют разное направление, что создает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах 2 (рисунок 4.3).

Р исунок 4.3 – Кинематическая схема низковольтного автоматического выключателя

1 – шинка вспомагательного контакта; 2 –дугогасительные контакты выключателя; 3 – главные контакты выключателя; 5 – биметаллический (тепловой) расцепитель; 6 – шунт; 7 – нагреватель; 8 – минимальный расцепитель; 11 – механическая связь; 12 – рукоятка ручного привода; 13 – электромагнитный привод выключателя;14, 15 – рычаги; 16 – контактный рычаг; 17 – отключающие пружины

Дугогасительная система автомата предназначена для гашения дуги, возникающей при отключении автомата. Широко применяют дугогасительные камеры со стальными пластинами (эффект деления длинной дуги на несколько коротких). При больших отключаемых токах применяют продольно-щелевые камеры, где использован эффект гашения дуги в узкой щели. Втягивание дуги в камеру осуществляется магнитным дутьем. Материал камеры должен обладать высокой дугостойкостью.

Приводы автоматов могут быть ручными и дистанционными. В первом случае включение производится поворотом рукоятки 12, рисунок 4.3. Во втором случае воздействие осуществляется электромагнитом 13 или специальным электродвигателем. Возможно применение пневматического привода.

Отключение автоматов происходит под действием отключающих пружин 17, рисунок 4.3, при срабатывании механизма свободного расцепления. Механизм свободного расцепления (рисунок 4.3) обеспечивает отключение автомата в любой момент времени, в том числе при необходимости и в процессе включения. Он состоит из шарнирно связанных рычагов 14, 15 и опоры. При включении движение от рукоятки 12 передается через рычаги 14,15 контактному рычагу 16, который замыкает сначала дугогасительные 2, а затем главные 3 контакты. Когда автомат включен, рычаги 14 и 15 встают в ,,мертвое'' положение, опора не позволяет им переместиться вниз. Если производится включение на существующее КЗ, то от действия расцепителя 8 механическая связь 11 ,,сломает'' рычаги 14,15 по шарнирному соединению О₄ и под действием отключающей пружины 17 контактная система переместится влево, произойдет отключение, несмотря на то, что рукояткой 12 передается усилие на включение автомата.

Расцепители – это электромагнитные или термобиметаллические механизмы, которые контролируют заданный параметр цепи и вызывают отключение автомата при превышении параметра.

Биметаллический (тепловой) расцепитель 5 получает тепло от нагревателя 7, присоединенного к сети через шунт 6. При нагревании биметаллическая пластина, состоящая из двух металлов с разными коэффициентами линейного расширения, изгибается и передает усилие тяге 11, которая воздействует на рычаги механизма свободного расцепления. С помощью теплового расцепителя осуществляется защита от перегрузок. Время срабатывания зависит от тока перегрузки: чем больше ток, тем быстрее нагревается биметаллическая пластина и скорее происходит отключение. Благодаря большой тепловой инерции тепловые расцепители не реагируют на пусковые токи электродвигателей.

Максимальный расцепитель 8 состоит из катушки и сердечника. Когда по катушке протекает ток КЗ, сердечник перемещается и действует на рычаги 14,15, что приводит к отключению автомата. Ток срабатывания максимального расцепителя можно регулировать.

Максимальный расцепитель может быть снабжен механизмом выдержки времени, зависящей или независящей от тока. Такие расцепители позволяют осуществить селективную защиту. Автомат может иметь один или несколько расцепителей.

Вспомогательные контакты механически связаны с главными контактами и используются в цепях управления, сигнализации и блокировки.