Реферат
з дисципліни "Електрообладнання"
на тему "Автоматичні вимикачі"
Курчатов 2008
Зміст
Введення
1. Автоматичні вимикачі
2. Автоматичні вимикачі з тепловими расцепителями
3. Автоматичні вимикачі з комбінованим розщіплювачем
4. Вибір автоматичних вимикачів
Висновок
Список літератури
Введення
В даний час для захисту мереж і електричних приймачів від пошкоджень, викликаних струмом, що перевищує допустиму величину, все ширше застосовуються автоматичні вимикачі. Вони служать для проведення, включення і автоматичного розмикання електричних ланцюгів при аномальні явища, (наприклад при струмах перевантаження, КЗ, неприпустимих зниження напруги), а також для нечастого включення ланцюгів вручну. Вимикачі випускаються з тепловими, електромагнітними і комбінованими (тепловими та електромагнітними) расцепителями з різним числом полюсів - одним, двома і трьома. У однофазних ланцюгах застосовують одно-і двополюсні, а в трифазних - триполюсні.
1. Автоматичні вимикачі
Автоматичні вимикачі з електромагнітними расцепителями застосовуються для захисту мережі та електричного приймача від пошкоджень, викликаних струмом короткого замикання, чинним навіть короткочасно. Принципова схема такого вимикача зображена на рис 1, а.
Контакт головного ланцюга замикається натисканням на кнопку чи поворотом рукоятки. При цьому долається зусилля розмикає пружини і контакт утримується в замкнутому положенні засувкою 3. Як тільки струм в захищається ланцюга перевищить певну величину, сердечник 6 втягнеться в котушку 5 і через важіль 4 звільнить засувку 5. Під дією пружини 1 контакт 2 розімкнеться. На схемі зображено один контакт головного ланцюга, а практично їх може бути два або три, стільки ж може бути і котушок 5 з сердечниками 6. Всі сердечники при втягуванні діють на одну і ту ж засувку 3. Збільшення струму в будь-якому дроті (котушці) до величини, що перевищує величину установки струму спрацьовування, тягне за собою розмикання всіх головних контактів.
Електромагніт з механізмом відключення називається електромагнітним розщіплювачем. Час відключення автоматичних вимикачів з електромагнітними расцепителями незначне (частки секунди), тому вони відносяться до апаратів максимального захисту миттєвої дії.
Перевага автоматичних вимикачів перед плавкими запобіжниками полягає в тому, що вони володіють многократностью дії. Після спрацьовування запобіжником потрібна заміна плавкої вставки. Автоматичний же вимикач після усунення ня причини спрацювання можна підготувати для повторної роботи натисканням на кнопку чи поворотом рукоятки.
Автоматичні вимикачі застосовуються не тільки для відключення приймачів при струмах короткого замикання, а й для нечастих включень і відключень їх вручну при нормальній роботі. Виникаюча при розмиканні кола електрична дуга гаситься в повітрі або олії. У залежності від цього автоматичні вимикачі називаються повітряними або масляними. У мережах з напругою до 500 В застосовуються в основному повітряні вимикачі.
2. Автоматичні вимикачі з тепловими расцепителями
Метали мають різні коефіцієнти лінійного розширення і тому при нагріванні подовжуються неоднаково. Якщо дві металеві пластини з різними коефіцієнтами розширення накласти одну на іншу і міцно з'єднати разом, вийде біметалева пластина. При нагріванні вона деформується опуклістю убік активного шару металу. Активним називається шар металу, що володіє великим коефіцієнтом розширення. Інший шар називають пасивним. Активний шар роблять зі сталі, а пасивний - з інвару (сплав, що з 64% заліза і 36% нікелю). Коефіцієнт лінійного розширення інвару в 12 разів менше стали.
Якщо один кінець біметалічної пластини закріпити, то інший при нагріванні буде згинатися в бік пасивного шару. Це властивість пластини використовується для звільнення засувки автоматичного вимикача. Ступінь деформації пластини залежить від температури її нагріву.
Застосовуються два способи нагрівання пластини: безпосередній і непрямий. При першому струм проходить безпосередньо через пластину. При цьому кількість теплоти, що виділяється в ній, пропорційно квадрату величини струму, часу його проходження і опору пластини. При другому способі струм проходить по нагрівальному елементу (невеликий спіралі), виконаному з ніхрому або іншого сплаву. Спіраль розташовують поряд з пластиною або намотують на неї. Виділяється в цій спіралі теплота і нагріває біметалічну пластину. Перед намотуванням спіралі біметалева пластина покривається електроізоляції, наприклад слюдою.
На рис.1, 6 зображена схема автоматичного вимикача з тепловим розщіплювачем. Контакт 2 головного ланцюга замикають вручну кнопкою або рукояткою, g замкнутому положенні він утримується засувкою 3. При проходженні по мережі струму, величина якого менше певного значення, біметалева пластина 7 нагрівається незначно, і її вигину вгору недостатньо для того, щоб передати зусилля на засувку 3 . Якщо ж по спіралі 8 буде проходити струм, величина якого перевищить це певне значення, то через деякий час праве кінець пластини 7 зігнеться вгору настільки, що через штовхач 4 підніме важіль засувки 3. Під дією пружини 1 розімкнеться контакт 2. Час, через який відбудеться розмикання контакту, залежить від ступеня перевантаження мережі. Теплові розчіплювачі не можуть спрацьовувати миттєво, особливо при непрямому нагріванні біметалічної пластини. Нагрівання і деформація її не відбуваються миттєво навіть при дуже великому виділення теплоти в спіралі.
Автоматичні вимикачі з тепловими расцепителями відключають мережу і часу у зворотній залежності від величини струму перевантаження. При великих перевантаженнях відключення відбувається швидше. На схемі зображено один контакт вимикача, а їх може бути два або три.
3. Автоматичні вимикачі з комбінованим розщіплювачем
У цих вимикачах встановлюють як електромагнітні, так і теплові розчіплювачі. Обмотки електромагнітів і нагрівальні елементи теплових расцепителей включають послідовно електричному приймача. Електромагнітні розчіплювачі миттєво відключають електроприймач при струмі короткого замикання хоча б в одному проведенні мережі. Теплові ж розчіплювачі відключають електроприймач при незначних, але тривалих токах перевантаження. Останні перевищують номінальний струм приймача, але значно менше струмів короткого замикання.
Автоматичні вимикачі з комбінованим розщіплювачем отримали широке застосування в мережах з різними електроприймачами. У мережах з електродвигунами вони незамінні.
Величина струму електродвигуна залежить від навантаження на його валу і коливання напруги мережі. Вона збільшується при обриві проводу в процесі роботи трифазного електродвигуна. Під час холостого ходу дви мативи споживана їм потужність і струм найменші. Із зростанням навантаження на валу до номінальної величини Р2н струм I і потужність, що підводиться Р1 збільшуються до номінальної величини.
Якщо навантаження на валу вище номінальної, то споживана потужність і струм також перевищують номінальну величину. У цьому випадку обмотки електродвигуна через деякий час перегріваються, і ізоляція починає руйнуватися і може навіть спалахнути. Теплові розчіплювачі повинні запобігти цьому, дещо раніше відключивши двигун від мережі. При короткочасних невеликих перевантаженнях, які безпечні для двигуна, теплові розчіплювачі не встигають спрацьовувати і відключити його.
Якщо навантаження залишається незмінною, але стався обрив одного дроту, то по двох проводах буде проходити струм, що значно перевищує номінальну величину. При цьому обмотки двигуна швидко перегріваються. Відключення двигуна в цьому випадку повинні виробляти теплові розчіплювачі.
Зменшення напруги на двигуні також тягне за собою збільшення струму в його обмотках.
Для захисту двигуна від перегріву при зниженій напрузі крім автоматичних вимикачів з тепловими расцепителями застосовуються вимикачі з расцепителями мінімальної напруги. При значному зниженні або зникнення напруги якір розчеплювача мінімальної напруги відпадає і, впливаючи на засувку, розмикає головні контакти автоматичного вимикача. При нормальному напрузі якір втягнутий, а контакти вимикача замкнуті.
Поряд з автоматичними вимикачами серії АП50Б на підприємствах торгівлі та громадського харчування застосовуються нові автоматичні вимикачі серії АЕ20, пристрій і принцип дії яких ті ж, що і АП50Б. У цих автоматичних вимикачах букви характеризують умовне позначення серії, а перші дві цифри (20) - порядковий номер розробки. Наступна цифра позначає номінальний струм (цифра 3-25 А, 4-63 А і 5-100 А). Четверта цифра позначає число полюсів і максимальний струмовий захист; цифри 1, 2, 3 відповідають електромагнітним розчеплювача; 4, 5, 6 - комбінованим (електромагнітним у тепловим) розчеплювача; 7, 8, 9 - відсутності расцепителей. При цьому цифри 1, 4, 7 позначають однополюсне виконання, цифри 2, 5, 8 - двухполюсное і 3, 6, 9 - триполюсні виконання. П'ята цифра позначає наявність або відсутність контактів допоміжну схему. При цьому цифра 1 показує відсутність контактів, цифра 2 - наявність одного замикаючого, 3 - одного розмикається і 4 - одного замикаючого і одного розмикається контактів.
Шоста цифра позначає наявність або відсутність додаткових расцепителей. При цьому цифра 0 показує на відсутність додаткового розчеплювача, Цифра 1 - на наявність розчеплювача мінімальної напруги, а 2 - незалежного розчеплювача.
Літери, наступні за шостий цифрою, позначають: К - наявність температурної компенсації; Р - наявність температурної компенсації та регулювання струму спрацювання теплових расцепителей.
Умовне позначення автоматичного вимикача ДЕ203610Р на 2,5 А розшифровується: серія АЕ, Номер розробки - 20, номінальний струм вимикача 25 А (3) з трьома полюсами і комбінованими расцепителями (6), без контактів допоміжну схему без додаткових расцепителей (0), з температурною компенсацією і регулюванням теплових расцепителей (Р), номінальний струм расцепителей 2,5 А. Регулювати теплової розчепитель цього вимикача можна від 2,0 до 2,5 А.
Автоматичний вимикач АЕ20 (на 25 А) випускається на номінальні струми расцепителей 0,6; 0,8; 1,0 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6, 0; 8,0; 10; 12,5; 16,0; 20; 25,0 А.
Якщо автоматичні вимикачі серій АП50Б ц АЕ20 в основному встановлюють у електрошафах облад, нання, наприклад холодильних прилавках, то в групових і розподільних щитах цехів і підприємств встановлюють автоматичні вимикачі серії A3100. Вони випускаються одно-, дво-і триполюсні з тепловими, електромагнітними і комбінованими розчепити-лями. Автоматичні вимикачі A3161 (однополюсні), A3162 (двополюсні) і A3163 (триполюсні) на номінальний струм 50 А мають теплові роздільники на 15, 20, 25, 30, 40, 50 А, які спрацьовують при струмах, в 1,25 ... 1,35 рази перевищують номінальний струм расцепителей. Автоматичні вимикачі А3113, АЗП4, A3123, A3124 на струм 100 А випускаються дво-і триполюсні з електромагнітними і комбінованими роздільниками на різні номінальні струми. Вимикачі з останньою цифрою 3 - двополюсні, з цифрою 4 - триполюсні. Перші два автоматичні вимикача відрізняються від двох інших різним перевищенням струму спрацьовування щодо номінального струму роздільника.
Одно-і двополюсні автоматичні вимикачі застосовуються в однофазних ланцюгах, триполюсні - у трифазних.
4. Вибір автоматичних вимикачів
Для всіх видів електричних приймачів номінальний струм расцепителя може бути
I і. р ≥ Imax
де I і. р-номінальний струм розчеплювача, A; Imax - Максимальний номінальний струм ланцюга (електроприймача), А.
Для мереж з освітлювальною навантаженням і електротеплових апаратами, що захищаються від ушкоджень при струмах короткого замикання, рекомендується застосовувати автоматичні вимикачі з струмами уставки розчепити ялин, що не перевищують 4,5-кратного значення максимально допустимого значення струму дроти. Цим з вимогами задовольняють автоматичні вимикачі з тепловими або комбінованими расцепителями, а також вимикачі з електромагнітними расцепителями, струм 5 уставки яких в 3 -4 рази перевищує номінальний.
Оскільки пусковий струм електричних двигунів в 5 - 7 разів перевищує номінальне значення, то вибір автоматичного вимикача проводиться з урахуванням цих струмів. Струм спрацьовування електромагнітного розчеплювача I е.. Р повинен бути не менше 1,25 пускового струму двигуна
I е.р ≥ 1, 25 I пуск
Для захисту ланцюга двигуна від перевантаження, тобто від пошкоджень, викликаних тривалим перевищенням вели чини струму, допустимої по нагріванню, застосовують теплові розчіплювачі. Для кіл з одиночним двигуном використовують в основному автоматичні вимикачі з комбінованими расцепителями. Номінальний струм розчеплювача визначається за формулою
I н.р> у I н,
де у - коефіцієнт, що дорівнює 1,2 ... 1,25 при Гтяжелих умовах пуску і рівним 1 при легких умовах пуску.
Для кіл з групою двигунів використовують в основному автоматичні вимикачі з електромагнітними расцепителями. При цьому величина струму спрацювання расцепителей повинна перевищувати максимальну величину короткочасного струму, який визначається сумою номінальних струмів найбільшої кількості включених двигунів (приймачів) за умови пуску двигуна з максимальним пусковим струмом:
I е.. р ≥ I кр; I кр = K одн I раб + I пуск. max
де I кр - максимальний короткочасний струм, А; n - число всіх електроприймачів (двигунів); Кодня - коефіцієнт одночасної роботи електричних приймачів (двигунів).
При установці автоматичних вимикачів з тепловими або комбінованими расцепителями в закритому шафі струм расцепителя може бути
I н. р ≥ 1,15 Imax.
Висновок
Промисловістю випускаються різні серії автоматичних вимикачів. На підприємствах торгівлі та громадського харчування найбільш широко застосовуються автоматичні вимикачі серій АБ25М, АП50Б, АЕ20, A3100. Крім того, останнім часом стали надходити в експлуатацію автоматичні вимикачі серій ВА14-26, ВА16-25, ВА51-25, ВА51-29, ВА51-31, ВА51-33. Маса вимикачів нових серій менше, ніж старих.
Автоматичний вимикач серії АП50Б призначений для нечастих включень і відключень електричних приймачів вручну. Якщо в ньому встановлені теплові або електромагнітні розчіплювачі або ті й інші, то буде відбуватися також автоматичне відключення приймачів при перевищенні встановленої величини струму.
У колах електродвигунів широко застосовуються автоматичні вимикачі типу АП50БЗМТ з встановленим в них комбінованим розщіплювачем (трьома електромагнітними і трьома тепловими расцепителями). При спрацьовуванні будь-якого з них відбувається розмикання всіх контактів і повне відключення двигуна. При значних перевищеннях струму ланцюга (струмах короткого замикання) спрацьовують електромагнітні розчіплювачі, а при невеликих, але тривалих токах перевантаження - теплові.
Список літератури
Рябов В.І. Електрообладнання: Учеб. для середовищ. спец. навч. закладів. - 5-е вид., Перераб. - М.: Економіка, 1990.
Синдєєв Ю.Г., Грановський В.Г. Електротехніка. Підручник для студентів педагогічних і технічних вузів. Ростов-на-Дону: «Фенікс», 1999.
Лихачов В.Л. Електротехніка. Довідник. Том 1./В.Л. Лихачов. - М.: СОЛОН-Прес, 2003.
Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Фізика для середніх спеціальних навчальних закладів: Підручник. - 4-е вид., Испр. - М.: Наука. Головна редакція фізико-математичної літератури, 1984.