Jakie są rodzaje i typy wyłączników automatycznych w sieciach elektrycznych

Główną różnicą między tymi urządzeniami przełączającymi a wszystkimi innymi podobnymi urządzeniami jest złożona kombinacja możliwości:

1. utrzymywać nominalne obciążenie w systemie przez długi czas dzięki niezawodnemu przesyłaniu silnych prądów elektrycznych przez jego styki;

2. zabezpieczyć pracujący sprzęt przed przypadkowym uszkodzeniem w obwodzie elektrycznym poprzez szybkie odłączenie od niego zasilania.

W normalnych warunkach pracy sprzętu operator może ręcznie przełączać obciążenie za pomocą wyłączników automatycznych, zapewniając:

• różne schematy zasilania;

• zmienić konfigurację sieci;

• wycofanie sprzętu z eksploatacji.

Sytuacje awaryjne w systemach elektrycznych występują natychmiast i spontanicznie. Osoba nie jest w stanie szybko zareagować na swój wygląd i podjąć działań w celu ich wyeliminowania. Ta funkcja jest przypisana automatom wbudowanym w wyłącznik.

W elektryczności akceptowany jest podział układów elektrycznych według rodzaju prądu:

• stały;

• naprzemienny sinusoidalny.

Ponadto istnieje klasyfikacja sprzętu według wielkości napięcia dla:

• niskie napięcie — poniżej tysiąca woltów;

• wysokie napięcie — wszystko inne.

Dla wszystkich typów tych układów stworzono własne wyłączniki przeznaczone do wielokrotnego działania.

Obwody prądu przemiennego

Ta kategoria kluczy ma ogromny asortyment modeli produkowanych przez współczesnych producentów. Jest klasyfikowany według napięcia sieciowego i obciążenia prądowego.

Sprzęt elektryczny do 1000 woltów

W zależności od mocy przesyłanej energii elektrycznej automatyczne przełączniki w obwodach prądu przemiennego są konwencjonalnie podzielone na:

1. modułowy;

2. w formowanej obudowie;

3. powietrze zasilające.

Projekty modułowe

Specyficzna konstrukcja w postaci małych standardowych modułów o szerokości wielokrotności 17,5 mm określa ich nazwę i konstrukcję z możliwością montażu na szynie Din.

Wewnętrzna struktura jednego z tych wyłączników jest pokazana na zdjęciu. Jego korpus wykonany jest w całości z wytrzymałego materiału dielektrycznego, który eliminuje porażenie prądem osoby.

Przewody zasilające i wyjściowe są podłączone odpowiednio do górnej i dolnej listwy zaciskowej. Do ręcznego sterowania stanem przełącznika zainstalowana jest dźwignia z dwoma stałymi położeniami:

• górny przeznaczony jest do dostarczania prądu przez zwarty styk zasilania;

• poniżej — zapewnia przerwę w obwodzie zasilania.

Każda z tych maszyn jest przystosowana do pracy ciągłej przy określonej wartości prąd znamionowy (Jin). Jeśli obciążenie staje się większe, styk zasilania jest zerwany. W tym celu wewnątrz pudełka umieszczono dwa rodzaje zabezpieczeń:

1. uwalnianie termiczne;

2. aktualne przerwanie.

Zasada ich działania umożliwia wyjaśnienie charakterystyki czasowo-prądowej, która wyraża zależność czasu zadziałania zabezpieczenia od przepływającego przez nie prądu obciążenia lub zwarciowego.

Wykres przedstawiony na zdjęciu jest podany dla jednego konkretnego wyłącznika, gdy wybrano graniczną strefę działania przy 5 ÷ 10-krotnym prądzie znamionowym.

W przypadku wstępnego przeciążenia wyzwalanie termiczne od płytka bimetaliczna, który przy zwiększonym prądzie stopniowo się nagrzewa, wygina i działa na mechanizm wyłączania nie natychmiast, ale z pewnym opóźnieniem.

Tym samym pozwala na samoczynne usuwanie niewielkich przeciążeń związanych z krótkotrwałym podłączeniem użytkowników i eliminowanie zbędnych wyłączeń. Jeśli obciążenie zapewnia krytyczne nagrzanie okablowania i izolacji, styk zasilania jest przerwany.

Gdy w chronionym obwodzie pojawi się prąd awaryjny, który swoją energią może spalić sprzęt, wówczas do akcji włącza się cewka elektromagnetyczna. Impulsem, w wyniku wzrostu obciążenia, który nastąpił, rzuca rdzeń na mechanizm wyzwalający, aby natychmiast zatrzymać tryb poza zakresem.

Z wykresu wynika, że ​​im wyższe są prądy zwarciowe, tym szybciej są wyzwalane przez wyzwalacz elektromagnetyczny.

Domowy automatyczny ochraniacz pary działa na tych samych zasadach.

W przypadku przerwania dużych prądów powstaje łuk elektryczny, którego energia może spalić styki. Aby wyeliminować jego działanie, w wyłącznikach stosuje się komorę gaszenia łuku, która rozdziela wyładowanie łukowe na małe strumienie i gasi je w wyniku ochłodzenia.

Wiele wycięć struktur modułowych

Wyzwalacze magnetyczne są dostrajane i dopasowywane do pracy z określonymi obciążeniami, ponieważ podczas uruchamiania tworzą różne stany przejściowe. Na przykład podczas włączania różnych opraw oświetleniowych krótkotrwały prąd rozruchowy spowodowany zmieniającą się rezystancją żarnika może zbliżyć się do trzykrotności wartości nominalnej.

Dlatego dla grupy gniazd w mieszkaniach i obwodach oświetleniowych zwykle wybiera się automatyczne przełączniki o charakterystyce prądowo-czasowej typu „B”. To jest 3 ÷ 5 cali.

Silniki indukcyjne obracając napędzany wirnik powodują większe prądy przeciążeniowe. Dla nich wybierz maszyny o charakterystyce „C” lub — 5 ÷ 10 In. Dzięki utworzonej rezerwie czasowej i prądowej umożliwiają obrót silnika i gwarantują wejście w tryb pracy bez zbędnych wyłączeń.

W produkcji przemysłowej, w maszynach i mechanizmach do obróbki skrawaniem metali, występują obciążone napędy połączone z silnikami, które powodują zwiększone przeciążenia. Do takich celów stosuje się wyłączniki automatyczne o charakterystyce „D” o wartości znamionowej 10 ÷ 20 In. Sprawdziły się dobrze podczas pracy w obwodach z aktywnymi obciążeniami indukcyjnymi.

Ponadto maszyny mają jeszcze trzy rodzaje standardowych charakterystyk czasowo-prądowych, które są wykorzystywane do celów specjalnych:

1. „A” — dla długiego okablowania z aktywnym obciążeniem lub zabezpieczeniem przyrządów półprzewodnikowych o wartości 2 ÷ 3 In;

2. „K” — dla wyrażonych obciążeń indukcyjnych;

3. «Z» — dla urządzeń elektronicznych.

W dokumentacji technicznej różnych producentów wartość graniczna dla dwóch ostatnich typów może się nieznacznie różnić.

Wyłączniki kompaktowe

Ta klasa urządzeń może przełączać wyższe prądy niż konstrukcje modułowe. Ich obciążenie może osiągnąć wartości do 3,2 kiloampera.

Produkowane są według tych samych zasad co konstrukcje modułowe, jednak biorąc pod uwagę zwiększone wymagania dotyczące przenoszenia zwiększonego obciążenia, starają się nadać im stosunkowo małe gabaryty i wysoką jakość techniczną.

Maszyny te przeznaczone są do bezpiecznej pracy w obiektach przemysłowych. Zgodnie z wartością prądu znamionowego są one warunkowo podzielone na trzy grupy z możliwością przełączania obciążeń do 250, 1000 i 3200 amperów.

Projekt konstrukcyjny ich korpusu: modele trzy- lub czterobiegunowe.

Przełączniki zasilania powietrza

Pracują w instalacjach przemysłowych i wytrzymują bardzo duże prądy do 6,3 kiloamperów.

Są to najbardziej rozbudowane urządzenia do przełączania urządzeń niskiego napięcia.Służą do obsługi i zabezpieczania instalacji elektrycznych jako urządzenia wejściowe i wyjściowe do systemów rozdzielczych dużej mocy oraz do łączenia generatorów, transformatorów, kondensatorów lub silników elektrycznych dużej mocy.

Schematyczne przedstawienie ich wewnętrznej struktury pokazano na zdjęciu.

Tutaj zastosowano podwójne rozłączenie styku zasilania, a po każdej stronie rozłączenia zainstalowano komory gaszenia łuku z kratkami.

Algorytm działania obejmuje cewkę zamykającą, sprężynę zamykającą, napęd silnikowy zaciągu sprężyny oraz elementy automatyki. W celu monitorowania obciążeń prądowych zintegrowany jest przekładnik prądowy z cewką zabezpieczającą i pomiarową.

Urządzenia elektryczne o napięciu powyżej 1000 woltów

Wyłączniki do urządzeń wysokiego napięcia są bardzo złożonymi urządzeniami technicznymi i są wykonywane ściśle indywidualnie dla każdej klasy napięcia. Są powszechnie używane stacji transformatorowych.

Nakłada się na nich wymagania:

• wysoka niezawodność;

• bezpieczeństwo;

• wydajność;

• łatwość użycia;

• względna cisza podczas pracy;

• optymalna cena.

Ładunki, które się psują wyłączniki wysokiego napięcia w przypadku zatrzymania awaryjnego, któremu towarzyszy bardzo silny łuk. Do jego gaszenia stosuje się różne metody, w tym przerwanie obwodu w specjalnym środowisku.

Ten przełącznik zawiera:

• układ kontaktowy;

• urządzenie do gaszenia łuku;

• części pod napięciem;

• izolowana obudowa;

• mechanizm napędowy.

Jedno z tych urządzeń przełączających pokazano na zdjęciu.

Aby zapewnić wysokiej jakości działanie obwodu w takich konstrukcjach, oprócz napięcia roboczego, należy wziąć pod uwagę:

• nominalna wartość prądu obciążenia dla jego niezawodnej transmisji w stanie włączonym;

• maksymalny prąd zwarciowy przy eff. wartość, którą może wytrzymać mechanizm wyłączania;

• dopuszczalna składowa prądu aokresowego w chwili uszkodzenia obwodu;

• możliwości automatycznego ponownego zamykania i dwa cykle AR.

Zgodnie z metodami gaszenia łuku podczas wyzwalania przełączniki dzielą się na:

• masło;

• próżnia;

• powietrze;

• gaz SF6;

• autogaz;

• elektromagnetyczny;

• autopneumatyczne.

Dla niezawodnej i wygodnej pracy wyposażone są w mechanizm napędowy, który może wykorzystywać jeden lub kilka rodzajów energii lub ich kombinacje:

• podniesiona sprężyna;

• podniesiony ładunek;

• ciśnienie sprężonego powietrza;

• impuls elektromagnetyczny z solenoidu.

W zależności od warunków użytkowania mogą być tworzone z możliwością pracy przy napięciach od jednego do 750 kilowoltów włącznie. Oczywiście mają inny design. wymiary, możliwości automatycznego i zdalnego sterowania, ustawienia zabezpieczeń dla bezpiecznej pracy.

Układy pomocnicze takich wyłączników mogą mieć bardzo złożoną budowę rozgałęzioną i znajdować się na dodatkowych polach w specjalnych budynkach technicznych.

Obwody prądu stałego

Sieci te mają również ogromną liczbę przełączników o różnych możliwościach.

Sprzęt elektryczny do 1000 woltów

Nowoczesne urządzenia modułowe do montażu na szynie DIN są tu masowo prezentowane.

Z powodzeniem uzupełniają klasy starych maszyn tego typu AP-50, AE i tym podobne, które zostały przymocowane do ścian paneli za pomocą połączeń śrubowych.

Konstrukcje modułowe DC mają taką samą strukturę i zasadę działania, jak ich odpowiedniki AC. Mogą być wykonywane przez jedną lub kilka jednostek i są dobierane w zależności od obciążenia.

Urządzenia elektryczne o napięciu powyżej 1000 woltów

Wyłączniki prądu stałego wysokiego napięcia są stosowane w zakładach elektrolizy, hutniczych obiektach przemysłowych, zelektryfikowanym transporcie kolejowym i miejskim oraz elektrowniach.

Główne wymagania techniczne dotyczące działania takich urządzeń odpowiadają ich odpowiednikom prądu przemiennego.

Wyłącznik hybrydowy

Naukowcom ze szwedzko-szwajcarskiej firmy ABB udało się opracować wysokonapięciowy wyłącznik prądu stałego, który łączy w swoim urządzeniu dwie struktury zasilania:

1. gaz SF6;

2. próżnia.

Nazywa się hybrydowym (HVDC) i wykorzystuje technologię sekwencyjnego gaszenia łuku w dwóch mediach jednocześnie: sześciofluorku siarki i próżni. W tym celu montuje się następujące urządzenie.

Napięcie jest przykładane do górnej szyny hybrydowego wyłącznika próżniowego i usuwane z dolnej szyny wyłącznika SF6.

Zasilacze dwóch urządzeń przełączających są połączone szeregowo i sterowane przez ich oddzielne napędy. Aby mogły pracować jednocześnie, stworzono zsynchronizowane urządzenie sterujące pracą współrzędnych, które kanałem optycznym przekazuje polecenia do niezależnie zasilanego mechanizmu sterującego.

Dzięki zastosowaniu technologii o wysokiej precyzji konstruktorom udało się osiągnąć koordynację działania napędów obu napędów, co mieści się w przedziale czasowym poniżej jednej mikrosekundy.

Wyłącznik automatyczny jest sterowany przez przekaźnikową jednostkę zabezpieczającą wbudowaną w linię energetyczną za pośrednictwem wzmacniacza.

Hybrydowy wyłącznik automatyczny umożliwił znaczne zwiększenie wydajności struktur kompozytowych SF6 i próżniowych poprzez wykorzystanie ich połączonych właściwości. Jednocześnie możliwe było zrealizowanie zalet w stosunku do innych analogów:

1. zdolność do niezawodnego wyłączania prądów zwarciowych przy wysokim napięciu;

2. możliwość niewielkich wysiłków w celu przeprowadzenia przełączania elementów mocy, co umożliwiło znaczne zmniejszenie wymiarów, a tym samym ceny sprzętu;

3. dostępność spełniania różnych standardów tworzenia struktur pracujących w ramach wydzielonego wyłącznika lub urządzeń zwartych jednej podstacji;

4.umiejętność eliminowania skutków szybko narastającego stresu w okresie rekonwalescencji;

5. Możliwość utworzenia podstawowego modułu do pracy z napięciami do 145 kilowoltów i więcej.

Charakterystyczną cechą tego projektu jest możliwość przerwania obwodu elektrycznego w ciągu 5 milisekund, co jest prawie niemożliwe w przypadku urządzeń zasilających innej konstrukcji.

Hybrydowy wyłącznik automatyczny znalazł się wśród dziesięciu najlepszych wynalazków roku w przeglądzie technologicznym MIT (Massachusetts Institute of Technology).

Podobne badania prowadzą inni producenci sprzętu elektrycznego. Osiągnęli też określone wyniki. Ale ABB wyprzedza ich w tej kwestii. Jej kierownictwo uważa, że ​​transmisja prądu przemiennego powoduje duże straty. Można je znacznie zmniejszyć, stosując obwody wysokiego napięcia o napięciu stałym.