Испытание автоматических выключателей

Испытание автоматических выключателей

Автоматический выключатель – это аппарат отсечки по сверхтоку и току перегрузки, защищающий электроустановку при возникновении замыкания накоротко, либо при длительном увеличении перегрузочного тока на линии и в цепи аппарата.

Про замыкание накоротко (другое название: короткое замыкание или КЗ) сказано и написано много, но про причины, вызывающие КЗ стоит написать отдельно. Дело в том, что состояние изоляции электроприборов и проводки электроустановки напрямую влияет на вероятность возникновения КЗ. Изоляция, в свою очередь, подвержена термическому воздействию извне, говоря по-простому изоляция разрушается при нагреве до определенной температуры, а при перегреве она просто расплавляется, разрушая защитный барьер между проводниками тока и электроустановкой. Минусовые температуры также ведут к разрушению изоляции проводников и оборудования.

Таким образом, перегрузочный ток проводников в электроустановке ведет к постепенному разрушению изоляции и возникновению КЗ, способного вызвать пожар.

Автоматический выключатель С16

Основное отличие автоматического выключателя от обычного выключателя состоит в том, что у первого имеются вместе или по отдельности активные элементы отсечки, которых нет у второго:

• мгновенная отсечка (или электромагнитный расцепитель), срабатывает практически мгновенно (t≤0,1 c) при появлении сверхтока/ударного тока верхней кратности отсечки (например, при отсечке 3*Iном≤Iотсечки≤5*Iном, мгновенное срабатывание произойдет при кратности 5*In);
• термическая отсечка (или тепловой расцепитель), срабатывает тем быстрее, чем больше перегрузочный ток;

Максимальное значение отсечки по перегрузочному току составляет 2,55*Iноминала. То есть, для прибора с Iном = 16А, уставка отработает при I =16*2,55=40,8А.

Термическая отсечка начинает работать только при величине тока 1,13*In, до этого значения срабатывание данного типа защиты (уставки) не происходит!

При увеличении тока до 1,45*In, термическая отсечка сработает при:

• для Iном≤63А – 1 час.
• для Iном>63А – 2 часа.

Мгновенная отсечка (электромагнитная), для большинства случаев, соответствует обозначению B*/C*/D* Iном:

B* – времятоковая зависимость с номиналом токовой отсечки 3*Iном≤Iотсечки≤5*Iном.
C* – времятоковая зависимость с номиналом токовой отсечки 5*Iном≤Iотсечки≤10*Iном.
D* – времятоковая зависимость с номиналом токовой отсечки 10*Iном≤Iотсечки≤20*Iном.

Причем при нижней кратности электромагнитной отсечки время срабатывания будет отличаться от минимального (t≤0,1 c):

B*нижняя кратность тока = 3*Iном:

• для Iном≤32А – 0,1с<t<45c.
• для Iном>32А – 0,1с<t<120c.

C*нижняя кратность тока = 5*Iном.

• для Iном≤32А – 0,1с<t<15c.
• для Iном>32А – 0,1с<t<30c.

D*нижняя кратность тока = 10*Iном.

• для Iном≤32А – 0,1с<t<4c.
• для Iном>32А – 0,1с<t<8c.

Автоматический выключатель D20

Например, для номинала аппарата D20, отсечка по току в диапазоне от 200-400А, при этом при значении Iотсечки=400А он сработает практически мгновенно (t≤0,1 c); при значении Iотсечки=200А, он сработает за 4 секунды.

Ниже представлен график времятоковой зависимости для аппаратов с термической и мгновенной отсечкой В/С/D:

Испытание или прогрузка аппаратов отсечки по сверхтоку и току перегрузки (автоматы) проводится при помощи прибора РТ-2048-06 (или прогрузочный прибор), который позволяет создавать ток отсечки 50-6 000А и прогружать аппараты отсечки по току с Iном=25-400А.

Прогрузка однополюсного автоматического выключателя С16

Для испытания мгновенной отсечки прогрузочный прибор создает импульсное замыкание накоротко в цепи проверяемого аппарата отсечки по току, в результате которого тот должен сработать. Если он не сработал или сработал слишком быстро такой аппарат отсечки по току бракуют.

Для проверки термической отсечки прогрузочный прибор создает длительное КЗ по максимальной отсечке 2,55*Iноминала. Прибор срабатывает за время:

• для Iном≤35А – 1-60 сек.
• для Iном>35А – 1-120 сек.

Если отключения цепи аппарата отсечки по току не произошло в указанных временных рамках или произошло быстрее 1с такой прибор бракуют.

Испытаниям подвергаются (ПУЭ):

• все секционные аппараты отсечки по току;
• все вводных аппараты отсечки по току;
• все аппараты отсечки по току цепей аварийного освещения;
• все аппараты отсечки по току пожарной сигнализации;
• ≥2% аппаратов отсечки по току распределительных и групповых сетей.

Если при проверке 2% аппаратов распределительных и групповых сетей были обнаружены неработоспособные единицы, процентное соотношение аппаратов для проверки в данных сетях увеличивают в 2 раза; иными словами, при нахождении вышедшего из строя аппарата, количество выборочно проверяемых аппаратов отсечки по току увеличивают в 2 раза и так далее по установленному алгоритму. Безопасность — цель проверки!

Периодичность испытаний аппаратов отсечки по току:

• для аппаратов отсечки по току, которые находятся в эксплуатации испытания проводятся 1 раз/3 года.

В результате испытания автоматического выключателя составляется Протокол проверки срабатывания электромагнитных и тепловых расцепителей автоматических выключателей, в котором дается однозначная оценка работоспособности и безопасности аппарата отсечки по сверхтоку и току перегрузки.

Таким образом производится проверка автоматических выключателей напряжением до 1000 В.

Более подробную информацию по испытанию автоматических выключателей Вы можете получить по телефону: +7 (812) 748-26-28.

ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

1. Изучить устройство, конструкции и принцип действия автоматических выключателей, применяемых в системах электроснабжения и в электроприводах.

4.2. Основные теоретические сведения

Автоматический воздушный выключатель (автомат) — аппарат, предназначенный для автоматического размыкания электрических цепей.

Как правило, автоматические выключатели выполняют функции за-

щиты при коротких замыканиях, перегрузках, снижении или исчезновении напряжения, изменения направления передачи мощности или тока и

Независимо от назначения, автоматы состоят из следующих основных узлов:

а) контактной системы;

б) дугогасительной системы;

г) механизма свободного расцепления расцепителей;

д) коммутатора с блок-контактами.

Контактная система автоматов должна находиться под током не

отключаясь весьма длительное время и быть способной выключать большие токи короткого замыкания. Широкое распространение получи-

ли двухступенчатые (главные и дугогасительные) и трехступенчатые

(главные, промежуточные и дугогасительные) контактные системы.

Дугогасительная система должна обеспечивать гашение дуги

больших токов короткого замыкания в ограниченном объеме пространства. Задача дугогасительного устройства заключается в том, чтобы

ограничить размеры дуги и обеспечить ее гашение в малом объеме. Распространение получили камеры с широкими щелями и камеры с дугогасительными решетками.

Привод в автомате служит для включения автомата по команде

Отключение автоматов осуществляется отключающими пружинами.

Механизм свободного расцепления предназначен:

а) исключить возможность удерживать контакты автомата во

включенном положении (рукояткой, дистанционным приводом) при наличии ненормального режима работы защищаемой цепи;

б) обеспечить моментальное отключение, т.е. не зависящую от

операторов, рода и массы привода скорость расхождения контактов.

Механизм представляет собой систему шарнирно-связанных рычагов, соединяющих привод включения с системой подвижных контактов, которые связаны с отключающей пружиной. Механизм свободного расцепления позволяет автомату отключаться в любой момент времени, в том числе и в процессе включения, когда включающая сила воздействует на подвижную систему автомата.

При отключении автомата первыми размыкаются главные контакты и весь ток перейдет в параллельную цепь дугогасительных контактов с накладками из дугостойкого материала. На главных контактах дуга не должна возникать, чтобы они не обгорели. Дугогасительные контакты размыкаются, когда главные контакты расходятся на значительное расстояние. На них возникает электрическая дуга, которая выдувается вверх и гасится в дугогасительной камере.

Расцепители — элементы, контролирующие заданный параметр цепи и воздействующие через механизм свободного расцепления на отключение автомата при отклонении заданного параметра за установленные пределы.

В зависимости от выполняемых функций защиты расцепители бывают:

а) токовые максимальные мгновенного или замедленного действия;

б) напряжения — минимальное, для отключения автомата при снижении напряжения ниже определенного уровня;

в) обратного тока — срабатывает при изменении направления тока;

г) тепловые — работают в зависимости от величины тока и времени его протекания (применяются обычно для защиты от перегрузок)

д) комбинированные — срабатывают при сочетании ряда факторов.

Блок-контакты служат для производства переключения в цепях

Управления блокировки, сигнализации в зависимости от коммутационного положения автомата.

Вспомогательные контакты выполняются нормально открытыми (замыкающие) и

нормально закрытыми (размыкающие).

Номинальный ток, защищающего от перегрузки электромагнитного

теплового или комбинированного расцепителя автоматов I_н.з. выбирается по длительному расчетному току линии I_н.з.= I_дл.; ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя I_ср. определяется из соотношения:

где I_кр. — максимальный кратковременный ток линии, который при ответвлении к одиночному электродвигателю равен его пусковому току. Коэффициент 1,25 учитывает неточность в определении максимального кратковременного тока линии и разброс характеристик расцепителей.

Автоматические выключатели серии А3700 рассчитаны на напряжение до 440В постоянного тока и до 660В переменного тока и номинальную силу тока 160, 250, 400 и 630А. Уставки токов срабатывания выключателей составляют десятикратную величину их номинальных токов. Серийно изготовляются также автоматические выключатели типов АЕ2000 на номинальный ток до 100А; АК63 на номинальный ток до 63А; А63 на номинальный ток до 25А и т.п.

4.3.1 Для исследования свойств автоматического выключателя

А63-М необходимо собрать схему рис. 4.1. Автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем.

Рисунок 4.1 – Схема исследования автоматического выключателя

4.3.2. Включить ЛАТР и плавно увеличивая ток нагрузки через

автомат, добиться срабатывания максимальной защиты. Зафиксировать

показания амперметра. Затем вернуть регулятор напряжения в положение

MIN и установить рычаг выключателя в положение "0". Далее вновь

включить автомат и повторить опыт несколько раз. Показания прибора А1 занести в таблицу 4.1.

ВНИМАНИЕ! Не допускать длительной работы автомата в режиме перегрузки, близких к току срабатывания. после каждого срабатывания делать паузу 5-мин для остывания катушки расцепителя.

защитная характеристика автоматического выключателя

Автоматические выключателит могут иметь следующие защитные характеристики:

Зависимая от тока характеристика времени срабатывания.
Такие выключатели имеют только тепловой расцепитель, применяются редко вследствие недостаточной предельной коммутационной способности и быстродействия.

Независимая от тока характеристика времени срабатывания.
Такие выключатели имеют только токовую отсечку, выполненную с помощью электромагнитного или полупроводникового расцепителя 1) , действующего без выдержки или с выдержкой времени.

Ограниченно зависимая от тока двухступенчатая характеристика времени срабатывания.
В зоне токов перегрузки выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени. В зоне токов КЗ выключатель отключается токовой отсечкой с не зависимой от тока заранее установленной выдержкой времени (для селективных выключателей) или без выдержки времени для неселективных выключателей). Выключатель имеет либо тепловой и электромагнитный (комбинированный 2) ) расцепитель, либо двухступенчатый электромагнитный (выключатель АВМ), либо полупроводниковый расцепитель 1) .

Трехступенчатая защитная характеристика.
В зоне токов перегрузки выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени. В зоне токов КЗ — с независимой от тока, заранее установленной выдержкой времени (зона селективной отсечки), а при близких КЗ — без выдержки времени (зона мгновенного срабатывания).
Зона мгновенного срабатывания предназначена для уменьшения длительности воздействия токов при близких КЗ. Такие выключатели имеют полупроводниковый расцепитель 1) и применяются для защиты вводов в КТП 3) и отходящих линий.

I_с.о — ток срабатывания отсечки;
t _с.о — время срабатывания отсечки;
1 — с выдержкой времени при КЗ;
2 — без выдержки времени при КЗ

[А.В.Беляев. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. — Л.: Энергоатомиздат. 1988.]

Примечания [Интент].
1) Полупроводниковый расцепитель — в настоящее время электронный или микропроцессорный расцепитель
2) Комбинированный расцепитель — в настоящее время теплоэлектромагнитный расцепитель.
3) КТП — комплектная трансформаторная подстанция.

Максимальная токовая защита

Согласно требованиям нормативных документов, все конечные потребители должны подключаться к линии электропитания посредством отдельного силового выключателя (проще говоря, автомата). В случаях, когда конкретная линия функционирует в нормальном токовом режиме (то есть нагрузка не превышает заданной величины), причин для срабатывания её защиты не существует.

Автомат защита по току

Вследствие этого устройство ТЗ продолжает работать в режиме сканирования линии на предмет возможных нарушений и отклонений (короткого замыкания в цепи, например).

Таким образом, максимальная токовая защита представляет собой особый механизм, обеспечивающий отключение той или иной цепи электропитания при увеличении однофазного тока сверх определенного номинала.

Условия срабатывания

Причин для срабатывания автоматического выключателя (или максимальной защиты, что, в принципе, одно и тоже) существует множество. Однако в реальных условиях эксплуатации особо выделяются следующие ситуации:

• Величина нагрузки по причине возникновения короткого замыкания резко возрастает и начинает заметно превышать предельно допустимое значение. В результате КЗ или перегрузки в цепи начинают течь токи, способные нанести вред, как самой линии, так и подключённому к ней оборудованию. Максимальная токовая защита в этом случае должна срабатывать предельно быстро и надёжно;
• К линии подключаются дополнительные потребители, в результате чего возникает перегрузка по питающему току. Вследствие этого величина последнего заметно превышает допустимое значение (уставку), что приводит к нарушению установившегося ранее баланса. Прямым следствием этого может стать нагрев токоведущих проводников и элементов рабочего оборудования. В подобной ситуации целесообразнее будет настроить срабатывание токовой защиты с небольшой задержкой во времени в расчёте на то, что нарушившие баланс нагрузки могут отключиться самостоятельно;
• Параметры тока в результате нарушения характера нагрузки резко поменяли свои текущие значения (наблюдался резкий скачок по фазе, например).

Дополнительная информация. Последнее явление чаще всего наблюдается при изменении реактивности нагрузки вследствие отклонения индуктивных или емкостных характеристик от оптимального значения.

Для того чтобы учесть все возможные варианты срабатывания защиты по току, были разработаны подходящие для каждого случая образцы устройств.

Виды приборов токовой защиты

В соответствии с обозначенными ранее видами возможных угроз, приводящих к нарушению нормальной работы линии, различают следующие виды устройств токовой защиты:

• Приборы, срабатывающие по принципу отсечки тока;
• Устройства, в которых используется так называемая «максимальная» защита;
• Защитные системы, работающие по дифференциально-фазовому принципу.

Особенности состава и устройство каждой из перечисленных разновидностей защитного оборудования зависят от тех условий, в которых осуществляется их эксплуатация (отдельный бытовой автомат или линейные сети). При их включении в трёхфазные цепи необходима предварительная подготовка специального измерительного оборудования, состоящего из следующих устройств и приборов:

• Измерительный трансформатор (ТТ), посредством которого осуществляется преобразование первичного токового сигнала во вторичный (с учётом метрологической погрешности, выражаемой в процентах);
• Специальное токовое реле, настроенное на фиксированное значение тока срабатывания;
• Электронная схема, обеспечивающая передачу полученного с ТТ тока к отключающему линию реле (последнее должно происходить с минимально возможными потерями).

После того, как измерительная система собрана и включена в схему, можно сказать, что данная цепь надёжно защищена от любых аварийных ситуаций. Далее все перечисленные ранее системы токовой защиты будут рассмотрены более детально.

Что значит токовая отсечка (ТО)

Под током отсечки одиночного автоматического выключателя понимается такое его значение в короткозамкнутой линии (в тысячах Ампер), при котором данное защитное устройство ещё сохраняет свою работоспособность. Таким образом, с увеличением этого показателя надёжность защитного автомата (точнее, его запас по диапазону реагирования на «перегруз») также возрастает.

Основное назначение этого устройства состоит в максимально быстрой реакции на возникшее в линии замыкание и в немедленном её отключении от цепей питания.

Обратите внимание! Для рядовых бытовых автоматов отсечка по току (её иногда называют номинальной отключающей способностью) обычно не превышает 4,5-10,0 кА.

Отсечка по току в автомате

В комплект устройства токовой защиты, установленного в трёхфазной цепи, входят:

• Измерительный орган, состоящий из токового реле с уставленным на минимальное значение чувствительным (обычно тепловым) элементом, который срабатывает при замыкании нагрузочной линии на защищаемом объекте;
• Промежуточное реле, на исполнительную обмотку которого поступает напряжение с измерительного реле. Через его замкнутый контакт потенциал подаётся на соленоид, отключающий цепи трёхфазного питания.

Как правило, такой двухступенчатой схемы вполне достаточно для надёжного срабатывания системы защиты линейных цепей. Иногда в состав оборудования токовой отсечки вводится специальная схема, включаемая между двумя релейными элементами и обеспечивающая задержку по времени срабатывания последнего из них.

Один из важнейших показателей защитных устройств – коэффициент чувствительности комплекта оборудования, определяемый как отношение токов трёхфазного замыкания к их номинальному значению. Для большинства действующих линий питания этот коэффициент выбирается порядка 1,2 или чуть более.

Принцип действия и состав максимальной защиты

Принцип действия максимальной токовой защиты (МТЗ) в релейных линиях состоит в следующем:

• При превышении током заданной величины уставки в линейной цепи инициируется сигнал, обеспечивающий срабатывание реле временной задержки;
• После замыкания его контактов действующее напряжение поступает на промежуточное реле, практически мгновенно отключающее схему от линии питания.

Дополнительная информация. Существуют зависимые и независимые зашиты МТЗ. У первых промежуток времени задается величиной уставки, выставленной на реле, а у вторых – он определяется величиной тока срабатывания.

Считается, что зависимые защитные схемы легче согласуются с другими элементами релейных цепей. Помимо этого, с их помощью удаётся более эффективно бороться с ложными срабатываниями аппаратуры, функционирующей в нормальном режиме.

В соответствии с рассмотренным выше принципом, в состав защиты (МТЗ) должны входить те же приборы и устройства, что устанавливаются в аппаратуре обычной токовой отсечки. При этом в схему обязательно включается релейный элемент, обеспечивающий некоторую задержку по времени срабатывания отключающего реле.

Его необходимость объясняется требованиями соблюдения принципа селективности, предполагающего наличие нескольких ступеней отключения в релейных цепях.

Коэффициент чувствительности устройств максимальной защиты, вводимый точно таким же образом, как и для токовой отсечки, обычно выбирается ≥1,5 для удалённых зон и равным или более 1,2 для местных цепей.

Обратите внимание! К классу селективных устройств относятся и приборы защитного отключения, которые в отличие от всех рассмотренных ранее изделий настраиваются на токи утечки.

В заключительной части обзора различных вариантов защит нужно отметить, что в настоящее время для реализации их функций используются современные цифровые системы (терминалы) как российского, так и зарубежного производства. Все расчёты и оценки уставок, задержек и параметров срабатывания для цифровых систем МТЗ и ТО ведутся точно таким же образом, как это делалось для релейных элементов.

Цифровые терминалы относятся к категории многофункциональных защитных систем, рассчитанных на работу в автоматическом режиме и имеющих расширенные функциональные возможности. С их помощью разработчики токовых защит могут выбирать любые подходящие для данной цепи параметры из ряда, предлагаемого изготовителем.

Видео