Основные характеристики модульного автоматического выключателя

Выключатель автоматический — что это такое

Автоматический выключатель, по-другому называется «автомат», представляет собой коммутационный аппарат, который используется в электрической сети. Он бережёт оборудование от сверхтоков и защищает от коротких замыканий. Вместе с автоматом, подключенным устройствам не страшны перезагрузки. Поскольку речь идет о коммутационном оборудовании, происходит включение и отключение от сети.

Что такое автоматический выключатель «автомат»

Автомати́ческий выключа́тель — контактный коммутационный аппарат (механический или электронный), способный включать токи, проводить их и отключать при нормальных условиях в цепи, а также включать, проводить в течение нормированного (заданного) времени и автоматически отключать токи при нормированных ненормальных условиях в цепи, таких как токи короткого замыкания.

• электромагнитный расцепитель;
• комбинированный расцепитель.

В первом случае оборудование защищено от коротких замыканий. Комбинированный расцепитель успешно борется с перегрузками в сети. Автоматические выключатели являются распространенными, устанавливаются повсеместно в жилых домах, на предприятиях.

Бытовые устройства, не рассчитанные на перегрузки, являются уязвимыми, поэтому для них подходят автоматы с комбинированными расцепителями.

Типы устройств для сетей:

• однополюсные;
• двухполюсные;
• трехполюсные;
• четырехполюсные.

Разделение по полюсам вызвано наличием 1-, 2-, 3-фазных сетей. Последний вариант (4 полюсные автоматы) подходят для подключения, где используется заземление.

Лабораторная работа № 2. Исследование защитных характеристик модульных автоматических выключателей

Цель работы:

— изучение конструкции модульных автоматических выключателей и исследование их защитных характеристик.

Программа работы:

Ознакомиться с конструкциями и техническими характеристиками модульных автоматов.

Используя компьютерную программу провести исследование защитных характеристик автомата в соответствии с вариантом задания.

На основе пакета анализа Excel, выполнить статистическую обработку полученных экспериментальных данных.

По результатам исследования построить защитную (время — токовую) характеристику автомата с нанесением на ней найденного диапазона разброса времени срабатывания термомагнитного расцепителя.

Провести численные исследования зависимости температуры кабеля от тока нагрузки и номинального тока автомата.

Краткие теоретические сведения

Автоматический воздушный выключатель (автомат) – аппарат, предназначенный для автоматического отключения цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 раз в сутки) коммутаций электрических цепей. Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного до 1000 вольт и постоянного тока до 440 вольт на номинальные токи от 6,3 до 6300 А. Автоматические выключатели обеспечивают защиту электрической цепи от токов перегрузки, токов короткого замыкания и других ненормальных режимов.

В зависимости от расположения автоматов в схеме электроснабжения и соответственно их номинального тока они подразделяются на 3 группы:

1 Автоматические выключатели на большие токи.

Применяются в качестве вводного и секционного выключателя на понижающей подстанции, а также для коммутации и защиты электроприемников большой мощности.

2 Автоматические выключатели в литом корпусе.

Применяются для коммутации и защиты групповых сборок и электроприемников большой мощности.

3 Модульные автоматы.

Выпускаются на токи от 1 до 125А, применяются для коммутации и защиты электроприемников, снабжены термомагнитной защитой, уставки которой определены стандартом и не могут быть изменены пользователем.

Характеристики модульных автоматов определяют следующие стандарты.

Стандарт ГОСТ Р 50345-99 (IEC 60898).

Этот стандарт определяет требования к аппаратам бытового и офисного назначения, а также во всех случаях, когда обслуживающий электроустановку персонал не обладают достаточной квалификацией.

Стандарт применяется к аппаратам, имеющим максимальные значения: номинального тока до 125А, предельной коммутационной способности не более 25 кА и номинального рабочего напряжения 440 В. Имеет защиту от перегрузки и защиту от токов КЗ.

Срабатывание защиты от перегрузки согласно стандарту должно происходить при токе от 1,05 до 1,3.

где — номинальный ток автомата.

Нижнее значение тока указанного диапазона определяет ток, при котором тепловая защита гарантированно не сработает в течение условного времени, а верхнее значение тока определяет ток, при котором тепловая зашита гарантированно отключит цепь за условное время.

Условное время определяется номинальным током автомата (для модульных автоматов условное время равно 1 часу).

Стандарт определяет также диапазоны токов срабатывания электромагнитной защиты от токов КЗ следующих типов:

В (от 3 In до 5 In),

С (от 5 In до 10 In)

D (от 10 In до 14 In ).

ГОСТ Р 50030.2-99 (IEC 60947-2)

Этот стандарт определяет требования к аппаратам промышленного применения, обслуживаемым квалифицированным персоналом.

Срабатывание защиты от токов перегрузки должно происходить при токе от 1,13 до 1,45. Аппараты, соответствующие стандарту IEC 60898 в диапазоне соответствующих характеристик, могут также использоваться в промышленных установках.

У автоматов бытового назначения отключающая способность указывается в прямоугольнике в амперах, а у автоматов промышленного назначения указывается в килоамперах.

Важной характеристикой автоматов, как и предохранителей, является их защитная характеристика. Стандартная время — токовая характеристика (защитная характеристика) модульного автомата промышленного применения при­ведена на рисунке 1

Рисунок 1 Защитная характеристика модульного автомата

Порядок выполнения работы

При подготовке к работе необходимо:

1. Предварительно ознакомиться с теоретическими сведениями по теме работы [1, глава 17, 2, глава 13];

2. Ознакомиться с конструкциями автоматических выключателей, имеющихся в лаборатории.

После теоретического и практического знакомства с автоматическими выключателями, и ответов на контрольные вопросы, приведенных в конце методических указаний, студент получает допуск к выполнению работы.

Для исследования защитных характеристик модульных автоматических выключателей разработана компьютерная программа. Для придания стохастического характера времени срабатывания выключателя, что имеет место в реальных аппаратах, в программе использован генератор случайных чисел.

Для начала работы необходимо открыть файл « Лабораторные работы по электрическим аппаратам»

На появившемся электронном листе нажать на кнопку « Лабораторные работы»

В результате откроется меню программ по выполнению виртуальных лабораторных работ по низковольтным защитным аппаратам, приведенное на рисунке 2

Рисунок 2 — Меню лабораторных работ

В открывшемся меню выбираем пункт защитная характеристика модульного автомата и нажимаем кнопку ОК.

В появившемся диалоговом окне, приведенном на рисунке 3, устанавливаем в соответствии с вариантами заданий, приведенных

в таблице 1, необходимые параметры и выполняем задания к работе.

Рисунок 3 – Диалоговое окно лабораторной работы по исследованию модульных автоматических выключателей

Лабораторная работа состоит из двух заданий.

Первое задание включает в себя снятие время – токовой характеристики выключателя.

Второе задание носит исследовательский характер.

В этом задании необходимо провести исследование влияние тока нагрузки на температуру кабеля цепи, защищаемой автоматом.

Таблица 1. Исходные данные к лабораторной работе № 1

Сечение кабеля

Номинальный ток выключателя

Тип электромагнитного расцепителя

Порядок выполнения заданий

Задание № 1. Исследования защитных характеристик модульного автомата

Время — токовая или защитная характеристика модульного автомата представляет собою зависимость времени срабатывания выключателя от тока цепи. Обычно по оси абсцисс откладывают не ток цепи, а кратность тока цепи к номинальному току автомата.

Порядок работы по 1 заданию следующий:

1)Выбираем из списка номинальный ток выключателя и из списка тип электромагнитного расцепителя данные в соответствии с вариантом задания. Отмечаем здесь же и область применения автомата. Вначале снимаем характеристику для автоматов бытового назначения, затем – промышленного назначения.

2)Устанавливаем флажок стохастический характер выходных данных.

3) Вводим в поле Ток нагрузки необходимое значение тока и нажимаем кнопку Пуск.

При выполнении этого задания ток нагрузки следует менять таким образом, чтобы кратность тока нагрузки α принимала ориентировочно следующие значения: 1, 1,05 1,13 1,45, 2,55, 3, 5, 10, 14.

Задаваясь кратностью тока, ток нагрузки находим по формуле:

4) Повторяем опыт, т.е. нажимаем кнопку Пуск (5 – 7) раз.

При выполнении опытов следует обратить внимание на то, что время срабатывания автомата постоянно меняется, т.е. носит стохастический (случайный) характер.

Поскольку экспериментальные данные носят стохастический характер, то при их обработке необходимо применять статистические методы.

Порядок обработки таких данных приведен в работе 1.

Задание № 2. Исследование зависимости температуры кабеля от тока цепи и номинального тока автомата

В этом задании необходимо выполнить исследование зависимости температуры защищаемого кабеля от тока нагрузки при использовании автоматов с различными номинальными токами и областью применения..

Исследование провести для двух температурных режимов:

1 Температура окружающей среды равна 40.°С (Лето);

2. Температура окружающей среды равна -5°С (Зима).

Выполненными исследованиями определить, при каком отношении допустимого тока кабеля к номинальному току автомата автомат надежно защищает кабель от перегрузки (т.е. защищает изоляцию кабеля от высыхания, которое возникает при превышении температуры кабеля сверх допустимой для него температуры).

При выполнении задания следует обратить внимание на следующее обстоятельство:

При кратностях тока от 1,13 до , соответствующих диапазону при котором тепловая защита автомата промышленного применения срабатывает в течение длительного времени, через кабель и автомат будет также длительно протекать большой ток. В результате температура кабеля может превысить допустимое значение, что вызовет ускоренный износ изоляции и резкое сокращение срока службы. У автоматов бытового применения тепловая защита имеет меньший диапазон срабатывания, от 1,05 до _, Это обеспечивает и лучшую защиту ими электрической сети от токов перегрузки.

Порядок работы по выполнению 2 задания следующий:

1В соответствии с вариантом задания, выбрать из выпадающего списка и ввести в программу значение номинального тока автомата;

2Установить тип электромагнитного расцепителя и область применения автомата;

3Ввести необходимое значение температуры окружающей среды;

4В поле Ток нагрузки ввести требуемое значение тока нагрузки.

При выполнении исследования ток нагрузки принимать равным следующим значениям:

, (n=0.5; 0,75; 1,0; 1.4; 1,5),

где — допустимый ток нагрузки кабеля/

Значения допустимого тока приведены в таблице 2.

После выполнения 2 задания необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Как влияет величина номинального тока автомата на нагрев кабеля?

2. Как влияет температура окружающей среды на нагрев кабеля?

3. Как влияет увеличение сечения кабеля на его нагрев при сохранении тока нагрузки?

4. При каких соотношениях допустимого тока кабеля и номинального тока автомата гарантируется защита кабеля от токов перегрузки?

5. Какие автоматы бытового или промышленного применения обеспечивают лучшую защиту сети от токов перегрузки?

Для сокращения времени работы при выполнении задания № 2 сбросить флажок Стохастический характер выходных данных.

Таблица 2.Значения допустимого тока для низковольтных кабелей при температуре окружающей среды равной 25°С. Допустимая температура кабеля при этом 80°С.