Енергозбереження в автоматичних вимикачах

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………………………………………………3

ОСНОВНА ЧАСТИНА

1.      Загальні відомості……………………………………………….4

2.      Будова та призначення автоматів…………………………….8

3.      Енергозбереження в автоматичних вимикачах…………...11

ВИСНОВКИ....………………………………………………………...14

ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА...……………………………………….15

ВСТУП

В нинішній час для захисту мереж і електричних приймачів від пошкоджень, що викликаються струмом, що перевищує допустиму величину, все ширше застосовуються автоматичні вимикачі. Вони служать для проведення, включення та автоматичного розмикання електричних ланцюгів при аномальних явищах, (наприклад при струмах перевантаження, короткого замикання, неприпустимих зниженнях напруги), а також для нечастого включення ланцюгів вручну. Вимикачі випускаються з тепловими, електромагнітними і комбінованими (тепловими та електромагнітними) розчеплювачами з різним числом полюсів - одним, двома і трьома. В однофазних ланцюгах застосовують одно-і двополюсні, а в трифазних - триполюсні.

              Як і в кожному електричному апараті так і в автоматичних вимикачах присутні втрати електричної енергії, що не є позитивним моментом їх роботи. Саме тому тема даної доповіді зосереджена на енергозбереженні (зменшені втрат електричної енергії) в автоматичних вимикачах, для забезпечення більш економічного використання даного електричного апарату.

ОСНОВНА ЧАСТИНА

1.      Загальні відомості

Автоматичний вимикач (автомат) - апарат, призначений для нечастих замикань і розмикань електричного кола і тривалого проходження по ньому струму, а також для автоматичного розмикання ланцюгів при появі у них короткого замикання, перевантажень по струму, падіння напруги нижче припустимого значення, зміні напрямку струму або потужності.

Застосування вимикачів замість плавких запобіжників дає наступні переваги:

- При перевантаженні або короткому замиканні вимикач відключає всі фази захищаємого їм ланцюга, завдяки чому виключається можливість однофазної роботи трифазних двигунів;

- Зменшуються простої, так як включити спрацював вимикач швидше, ніж змінити згорілий запобіжник;

- Вимикачі мають захисні характеристики спрацьовування, забезпечують більш досконалу захист, ніж плавкі запобіжники.

Разом з тим автоматичні вмикачі мають більш високу вартість, ніж запобіжники.

Залежно від призначення і необхідних параметрів автоматичні вимикачі розрізняють по потужності (струму), числу полюсів (одно-, двох-і триполюсні), виконанню захисних розчеплювачів, швидкодії і конструктивного виконання.

До автоматів висувають такі вимоги:

- Струмовідні ланцюг автомата повинні пропускати номінальний струм протягом як завгодно тривалого часу, а також витримувати вплив великих струмів КЗ;

- Автомат повинен забезпечувати без пошкоджень багаторазове відключення граничних струмів КЗ;

- Для забезпечення електродинамічної і термічної стійкості енергоустановок, зменшення руйнувань, викликаних струмами КЗ, автомати повинні мати малий час відключення;

- Елементи захисту повинні забезпечувати необхідний час спрацьовування і селективність.

У будь-якому автоматі є наступні основні вузли: струмоведучий ланцюг, дугогасна система, привід автомата, механізм вільного розчеплення і елементи захисту - розчіплювачі.

Струмоведучий ланцюг. Найбільш важливою частиною струмоведучого ланцюга є контакти. При номінальних струмах до 200 А застосовується одна пара контактів, які для збільшення дугостійкі можуть бути облицьовані металокерамікою. При струмах понад 200 А застосовуються часто пари головних і дугогасних контактів. Основні контакти облицьовуються сріблом або металокерамікою (срібло, нікель, графіт). Дугогасильні покриваються металокерамікою (срібло, вольфрам і срібло, нікель).

Дугогасна система. В автоматах застосовуються напівзакрите і відкрите виконання дугогасних пристроїв.

У настановних і універсальних автоматах масового застосування широко використовується деіонна дугогасна решітка із сталевих пластин, рис. 1.1.

У гратах на рис. 1.1.а) дуга виводиться на пластини і ділиться між ними за допомогою магнітного поля напруженістю Н, створюваного спеціальною системою, на короткі дуги. На рис.1.1.6) дуга втягується в грати за рахунок електродинамічних зусиль, що виникають в контурі 1, 3, 2, і за рахунок зусиль, що діють на дугу, завдяки наявності феромагнітних пластин 5.

Феромагнітні пластини застосовуються на постійному і змінному струмі частотою 50 Гц. В цьому випадку сила, що діє на дугу, переміщує її в решітку і перешкоджає виходу дуги з неї. Це є великою гідністю феромагнітних пластин. При цьому дуга горить з мінімальним викидом іонізованих та нагрітих газів з дугогасних пристроїв.

Недоліком дугогасної решітки є пригорання пластин в повторно-короткочасному режимі при струмі 600 А і більше. для зменшення цього процесу пластини покривають міддю або цинком.

Рис. 1.1 – Види дугогасних решіток

Приводи. Привід повинен забезпечити зусилля на контактах, необхідне для включення автомата в найважчому випадку - на існуюче КЗ.

Приводи можуть бути ручні і електромеханічні. Ручні приводи застосовуються при номінальних струмах до 200 А. При струмах до 1 кА застосовуються електромагнітні приводи, що забезпечують необхідну швидкість наростання тиску в контактах. Недоліком електромагнітного приводу є великі швидкості руху і удари в механізмі, які можуть привести до вібрації контактів.

В автоматах на струми 1500 А і вище бажано застосування електро-двигунного приводу.

Розчіплювачі. Розчеплювач - вузол автомата, який контролює заданий параметр і подає сигнал на відключення при відхиленні цього параметра від встановленого значення.

Розрізняють конструкції розчеплювача: теплове реле (біметалічна пластина), електромагнітний і напівпровідниковий.

Тепловий розчіплювач забезпечує захист електричних об'єктів в режимі теплового перевантаження. Біметалічна пластина нагрівається за рахунок проходження через неї струму, згинається і розриває коло живлення електрообладнання. Однак ці розчіплювачі мають такі недоліки:

- Зі зростанням відключається струму зростає зусилля, необхідне для розчеплення автомата. Тому теплової розчеплювач застосовується при струмах до 200 А;

- Витримка часу теплових розчеплювачів залежить від температури навколишнього середовища;

- Мала термічна стійкість теплових розчеплювачів визначає малу допустиму тривалість КЗ, що ускладнює отримання необхідної селективності.

Електромагнітний розчеплювач забезпечує максимальний (по струму КЗ) і мінімальний (по напрузі) захист.

На рис.1.2 показана схема роботи максимального розчеплювача. При проходженні по ланцюгу котушки 2 електромагнітного розчеплювача номінального струму пружина 3 утримує якір електромагніту 4 розімкнутим, а клямка 1 - головні контакти ГК - замкнутими. При підвищенні струму в ланцюзі котушки 2 сила тяги електромагніта зростає до величини, яка перевершує силу утримує пружини 3. Якір 4 замикає магнітну ланцюг електромагніта, цим звільняючи засувку 1 і розмикаючи ГК.

На рис. 1.3 показана схема роботи мінімального розчеплювача. При номінальній напрузі в ланцюзі котушки 1 електромагніта протікає струм, достатній для створення сили тяги, щоб утримати якір 5 в притягнутому стані. При зниженні напруги в мережі живлення знижується струм в ланцюзі котушки 1. Сила утримує котушки 3 в якийсь момент перевершує силу тяги електромагніта 1, відриває якір 5 від котушки, розмикає засувку, 2 і розмикаються ГК.

Регулювання Iспр можна робити за рахунок натягу пружини або зміною числа витків обмотки.

Рис 1.2 – Схема роботи максимального розчеплювача

Рис. 1.3 - Схема роботи мінімального розчеплювача

Більш досконалим є захист за допомогою напівпровідникових розчеплювачів, які широко використовуються в сучасних автоматах серій А-3700 і ВА.

2.     Будова та призначення автоматів

По виду захисту автомати поділяються на автомати з електромагнітними, напівпровідниковими розчеплювачами (максимального струму); автомати з комбінованим розчеплювачем (електромагнітним та тепловим); автомати з розчеплювачем мінімальної напруги (нульовий захист).

На виробництві використовується широка номенклатура автоматичних вимикачів, хоча багато з них вже не випускаються заводами. Це, наприклад, автомати типу А-63, АК-63, АП-50, А-3100, АЕ-2000.

Розглянемо пристрій автомата з комбінованим розчеплювачем, рис. 2.1. Це можуть бути автомати типу АЕ-2000, А-3700, ВА і ін..

Вручну включають і вимикають автомат за допомогою рукоятки 4. Для включення автомата рукоятку переводять вниз, при цьому деталей 3 повертається і своїм нижнім кінцем входить в зачеплення з зубом 6 утримує важеля 7. Потім рукоятку 4 переміщається вгору. При цьому під дією пружини 5 важелі 11 і 12 переміщаються вгору по відношенню до нейтрального положення. Автомат включається і струм тече через замкнуті контакти 13 і 14, гнучкий зв'язок 10, котушку електромагнітного розчеплювача і нагрівальний пристрій теплового розчеплювача 8.

Автоматичне відключення при короткому замиканні відбувається внаслідок того, що якір електромагнітного розчеплювача під дією сили FM притягається і зуб 6 виходить із зачеплення з деталлю 3. Пружина 5 повертає деталь 3, при цьому важелі 11 і 12 проходять через нейтральне положення - автомат вимикається.

Аналогічно відбувається відключення автомата при струмах перевантаження. При цьому вільний кінець біметалевого розчеплювача 8 переміщується вниз і зуб 6 виходить із зачеплення з деталлю 3.

Ручне відключення автомата відбувається при переміщенні рукоятки 4 вниз. При цьому кінець пружини 5 також переміщається вниз, а важелі 11 і 12 проходять через нейтральне положення, відключаючи контакти.

Виникаюча при розмиканні контактів автомата електрична дуга гаситься в дугогасильній решітці 1. Підвищення тиску всередині замкнутого обсягу, утвореного ізоляційним підставою і кришкою 2, сприяє гасінню дуги.

Електромагнітний розчеплювач максимального струму спрацьовує практично миттєво при досягненні струму відсічки (відсічення відбувається миттєво при десятикратному струмі і більше), а час спрацьовування теплового розчеплювача при перевантаженнях, менших струму відсічки, визначається захисними характеристиками.

А-3700 - повітряний автоматичний вимикач серії 3700.

Призначений для максимального струмового захисту електричних установок при перевантаженнях і струмах короткого замикання в ланцюгах з номінальним напругою до 400 В постійного струму, до 660 В змінного струму частотою 50 і 60 Гц і до 380 В змінного струму частотою 400 Гц, для нечастих оперативних комутацій цих ланцюгів, для захисту електричних ланцюгів при зниження напруги до неприпустимого.

Серія вимикачів складається з чотирьох величин (1, 2, 3, 4) на номінальні струми відповідно 160, 250, 400 і 630 А.

Розчіплювачі струмового захисту виконані на напівпровідникових (РП) і електромагнітних (РЕ) елементах. Вимикачі випускаються також і в неавтоматичному виконанні. Великою перевагою цього вимикача є те, що як напівпровідникові, так і теплові розчіплювачі максимального струму є знімними змінними блоками.

За родом захисту вимикачі можуть бути призначені для селективного захисту (3 і 4 величини) і струмообмеження (всі величини).

Уставки по струму і за часом спрацьовування напівпровідникових максимальних розчеплювачів можуть регулюватися в широких межах.

Комутуюче пристрій складається з рухомих і нерухомих контактів з одним контактним проміжком, виготовлених з металокерамічної композиції на основі срібла.

Дугогасильні камери з деіонною решіткою розташовані над контактами кожного полюса вимикача і являють собою набір укріплених в ізоляційної оправі сталевих пластин, за допомогою яких відбувається поділ дуги на ряд послідовно з'єднаних коротких дуг. Механізм управління вимикачем виконаний за принципом ламких важелів і влаштований так, що забезпечує моментальне замикання і розмикання контактів при оперуванні вимикачем, а також моментальне розмикання контактів при автоматичному спрацьовуванні.

Вимикачі випускаються з ручним або із дистанційним малогабаритним електромеханічним приводом. Вимикачі серії А-3700 загальнопромислового призначення розраховані для роботи при температурі навколишнього повітря від +40 до -40 ° С,

відносної вологості не більше 95%. Не допускається установка вимикачів у вибухонебезпечній, курною та агресивної середовищах.

ВА - автоматичні вимикачі загального застосування на номінальні струми до 630 А. Номенклатура вимикачів типу ВА надзвичайно широка. Технічні характеристики визначають дві цифри, що стоять після букв ВА.

ВА-14 - для захисту електричних ланцюгів загального та побутового призначення напругою до 380 В змінного струму частотою 50 і 60 Гц. Автомати одно-, дво-, триполюсні, з тепловим і електромагнітним расцепителями.

ВА-16 - для захисту освітлювальних ланцюгів з номінальною напругою до 380 В змінного струму частотою 50 і 60 Гц. Автомати однополюсні, з тепловим і електромагнітним расцепителями, тому нетокоогрнічівающіе.

ВА-51, ВА-52 - для захисту в режимах короткого замикання, перевантаженнях і неприпустимого зниження напруги в електричних установках з номінальним напругу до 660 В змінного струму частотою 50 і 60 Гц і до 400 В постійного струму. Можуть бути встановлені на висоті до 4300 м над рівнем моря. Розчіплювачі - електромагнітний і теплової.

ВА-53 - для захисту асинхронних двигунів від КЗ і перевантажень в ланцюгах з номінальною напругою до 660 В змінного струму частотою 50 і 60 Гц і 400 В постійного струму. Автомати з напівпровідниковим расщепителем, тому струмообмежуючі.

3.      Енергозбереження в автоматичних вимикачах

Найбільш часто зустрічаються автоматичні вимикачі, що працюють з двома просторово відокремленими один від одного розчеплювачами. Тепловий розчіплювач знаходиться в головному колі. Втрати електроенергії в цьому розчеплювачі, що виникають на перехідних опорах численних сполук, суттєво впливають на загальну втрату електроенергії в автоматичному вимикачі. Вони виділяються у вигляді тепла, що віддається в навколишнє середовище. Це може привести до помилкового відключення автоматичного вимикача під час його роботи в умовах номінального навантаження.

Розроблена конструкція розчеплювача в автоматичних вимикачах фірми «КОПП» значною мірою усуває цей недолік. В якості теплового розчеплювача використовується біметалева платівка-фіксатор. Цей елемент розміщується в несучому корпусі котушки електромагнітного розчеплювача. Біметалічна платівка непрямим шляхом нагрівається за рахунок тепла, що виділяється протікає в котушці струмом. У порівнянні з використовуваними дотепер рішеннями безпосередньо через тепловий розчіплювач не протікає струм. Завдяки цьому не відбувається нагрів автоматичного вимикача, викликаний протіканням струму через тепловий розчіплювач.

Новий розчіплювач забезпечує зменшення характерною для цього пристрою втрати електроенергії автоматичного вимикача приблизно на 30%.

Теплові розчіплювачі, які використовувались до теперішнього часу конструкції чутливі до нагрівання від стороннього джерела. У практиці нерідко зустрічається, що тепловий розчіплювач проміжного полюса в групі автоматичних вимикачів вимикається при номінальному режимі тільки через підвищення температури сусідніх полюсів. Виникає необхідність використання поправочних коефіцієнтів. У результаті це призводить до обмеження області роботи автоматичного вимикача і корекції його номінального струму.

Пристрої з новим тепловим розчеплювачем працюють в більш сприятливих умовах, завдяки чому немає необхідності враховувати поправочні коефіцієнти до температури +60 ° С. Точно певна робоча точка біметалевої пластини дозволяє зберігати швидкість розмикання постійною. Крім того, у виробничому циклі не потрібні трудомісткі і пов'язані з похибками юстіровочних робіт, що необхідні для біметалевих розчеплювачів застосовуваної досі конструкції.

Окрім вище сказаного зменшення втрат електричної енергії можна досягти завдяки:

1.      Виконанню напайки із композитного матеріалу з домішками срібла не тільки на нерухомому контакті, але й на рухомому, що дозволить значно знизити теплові втрати в місці контакту, підвищити надійність і довговічність механізму.

2.      Виконанню котушки електромагнітного розчеплювача з високоякісної міді з оптимальною кількістю витків.

3.      Насічок на контактних затискачах – допоможуть уникнути перегрів і розплавлення проводів за рахунок більш щільного і більшого за площею контакту. При цьому знижується перехідний опір контакту і, як наслідок, втрати. Крім того, збільшується механічна стійкість з'єднання.

4.      Дугогасній камері - з нікельованої сталі, строго визначених розмірів, що забезпечує стабільне гасіння дуги.

5.      Ребристій бічній поверхні, що поліпшує умови теплообміну.

ВИСНОВКИ

              У часи посиленої електрифікації і автоматизації всіх ланок життєдіяльності людини вагомим є не бездумне використання електричної енергії, а саме економічно вигідне.

              Беручи до уваги той факт, що електричні апарати широко використовуються в повсякденному житті кожної людини, не тільки на виробництві, а і в побуті, тема даної доповіді є більш ніж актуальною, вона є необхідною.

              Розглянувши будову і призначення автоматичних вимикачів ми приходимо до висновку, що маніпулюючи деякими змінами в будові і за допомогою використання ліпших матеріалів, в значній мірі можна зменшити втрати електричної енергії у автоматах. Зменшення втрат і є головним чинником енергозбереження у даному комутаційному апараті.

ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для

вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988.- 720 с.

2. Автоматические выключатели общего применения до 630 А.

Справочник. - М.: Информэлектро, 1996.- 151 с.

3. Таев И.С. «Электрические аппараты управления» – 2-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

4. Джерела мережі Internet.