Устройство и принцип работы выключателя нагрузки

Преимущества

Все свои положительные качества вакуумные выключатели проявляют в электроустановках, где совершается большое количество коммутаций. Поэтому аппараты работают особо эффективно в системах управления трансформаторов и электродвигателей.

• Высокая надежность по сравнению с масляными или воздушными выключателями. Что это значит? Количество отказов вакуумных выключателей существенно ниже, чем у вышеупомянутых коммутационных устройств. Это с уверенностью можно назвать главным преимуществом.

• Длительный срок эксплуатации. Выключатель способен прослужить 25 лет, после чего его заменяют новым.

• Быстродействие. Причина этому — более серьезный показатель вакуума на пробой электрическим током, чем масло или воздушная среда. Поэтому ход контактов дугогасительной камеры у выключателя составляет всего 6—10 мм, против 100 мм у масляных моделей. Скорость срабатывания около 2 мс, то есть, очень быстро. Вдобавок вакуумная конструкция обладает длительным механическим ресурсом.

• Низкие эксплуатационные расходы. Это обусловлено дугогосящей средой. В тех же воздушных или масляных выключателях есть необходимость в пополнении оной. Вакууму ничего подобного не нужно. Полюса изготавливаются в герметичном и неразборном исполнении.

• Относительная простота конструкции. Нет дополнительных элементов в виде масляных баков или компрессорных установок, за которыми требуется постоянно следить и обслуживать.

• Выключатель справляется со своими функциями одинаково эффективно независимо от ориентации в пространстве.

Читать далее: Лучшие пылесосы Samsung без мешка характеристики моделей рекомендации перед покупкой

• Высокая коммутационная стойкость. Выключатель без ревизии и ремонта способен выдержать до 20 тыс. отключений с рабочей величиной токов и до 200 отключений при токе КЗ (ресурс зависит от конкретной модификации аппарата и величины тока КЗ). Ни один вид выключателей не способен обеспечить такой рабочий срок без профилактических мероприятий.

• Удобство ремонта и обслуживания. Вся конструкция построена по блочному принципу. Один заменяется на другой без необходимости разбора и восстановления.

• Малые габариты. При одних и тех же рабочих значениях токов и напряжений, размеры и масса вакуумного выключателя будут существенно меньше, чем аналогов.

• Безопасность. Отсутствие утечек масла или газа определяют высокую степень пожарной и экологической безопасности коммутационного аппарата. Срабатывает вакуумный выключатель тише, нежели воздушник. Последний «бьет» очень громко, как выстрел ружья, который слышно за 500 м.

Подробное описание прибора

Выключатель нагрузки представляет собой прогрессивный коммутационный прибор, снабженный дугогасительной камерой и приводом для автоматического или механического управления.

Предназначается для механического размыкания/смыкания группы контактов на участке находящейся под нагрузкой электрической цепи переменного тока. Подходит для коммутирования цепей низкого и высокого напряжения с рабочей нагрузкой.

При коротком замыкании не используется, так как разработан для погашения маломощной дуги и снятия номинальной нагрузки.

Относится к классу высоковольтных приборов и, как правило, размещается в электрических установках, функционирующих под напряжением 6-10 киловольт, не оснащенных автоматической системой, предохраняющей сеть от короткого замыкания.

Прибор снабжен усиленными контактами, имеющими пролонгированный срок службы, значительно превышающий эксплуатационный период контактных соединений у простых автоматов. Это обеспечивает возможность абсолютно безопасно обесточить находящуюся под нагрузкой линию и произвести все необходимые мероприятия.

Устройство для отключения нагрузки состоит из прочной сварной рамы, снабженной специальным валом. На ней стоят 6 опорных изоляторов.

К трем, располагающимся в нижней части, шарнирно прикрепляются контактные ножи, а на остальных элементах, находящихся наверху, держатся главные и дугогасительные контакты. Изоляционные тяги корректно осуществляют передачу движения от валовых рычажных элементов непосредственно к контактным ножам.

Контакты, отвечающие за дугогашение, размыкаются в специальных дугогасительных камерах, изготовленных из фенопласта. Этот материал имеет высокую механическую и коррозийную стойкость, демонстрирует чрезвычайную прочность и обладает беспрецедентно высокими электроизоляционными характеристиками.

Внутренние вкладыши, находящиеся в камерах, сделаны из стеклонаполненного полиамита, отличающегося плотной структурой и ударной устойчивостью. Дугообразная форма камер и вкладышей дает возможность подвижным дугогасительным контактам входить внутрь легко и без напряжения.

При активации прибора в первую очередь замыкаются дугогасительные контакты, а уже следом за ними ножи замыкают основные контакты. В момент отключения все происходит наоборот: сначала размыкаются главные и только после них дугогасительные контакты.

В неактивном режиме подвижный дугогасительный контакт создает четко видимый воздушный промежуток с дугопоглащающей камерой, точно такой же, как в традиционном разъединителе. Непосредственно в момент отключения между дугогасительными контактами образуется дуга.

Под воздействием высокой температуры дуги вкладыш из стеклонаполненного полиамида выделяет специфические газы. Этот поток, появившийся в камере, гасит дугу, обеспечивая дальнейшую безопасность для работы с токовой цепью и электрооборудованием.

Элементы, отвечающие за выключение/включение нагрузки, отличаются друг от друга по следующим техническим характеристикам:

способ крепления;
уровень номинального тока;
базовая комплектация;
наличие и количество дополнительных функций;
конструкционные особенности модуля;
номинальное напряжение.

Большинство бытовых выключателей, в отличие от промышленных приборов, управляются вручную и отключают токовый поток не более 100 ампер. Чтобы контакты не перегревались в процессе работы и потенциально возможной перегрузки, изделие приобретают так, чтобы показатель его номинального тока обязательно превышал общий токовый поток нагрузок потребителей.

В отличие от классического выключателя-автомата нагрузочный деактиватор оснащен усиленными контактами, способными выдерживать продолжительную работу.

Повышенную надежность модулю обеспечивают такие позиции, как:

автоматическая блокировка управляющей ручки от несанкционированного включения;
наличие просмотровых окошек, позволяющих визуально убедиться в разрыве контактов и дающих возможность контролировать ситуацию на всех этапах работы;
двойной разрыв цепных контактов, обеспечивающий полное отключение питания и гарантирующий безопасность всех проводимых ремонтно-обслуживающих мероприятий.

Все эти параметры делают выключатели напряжения очень полезными для использования и располагают потребителя к покупке таких приборов и внедрении их в электрическую систему для повышения надежности и обеспечения безопасности эксплуатации.

Как подключать выключатель нагрузки

Для квартиры с большим количество бытовой техники один общий автоматический выключатель будет просто бесполезен. Он не выдержит токов, которое будет проходить через него все время и при малейшей перегрузке после частой коммутации его силовые контакты могут быстро выйти из строя. Хотя его можно использовать для защиты отдельных маломощных потребителей.

Принцип подключения выключателя нагрузки приблизительно такой же, как и при монтаже УЗО. Начало работ от входа в дома или квартиру, главное, установить его до счетчика

Но нужно обратить внимание на то, какой вводной автомат вы купили. Существует два типа аппаратов: однофазные (защищено только фазный полюс), двухфазный с нулем (защищено оба полюса нагрузки)

Первые рекомендуется использовать в условиях многоквартирного дома, вторые – для защиты электрических сетей на производстве, или в больших частных домах, где расположено несколько водонагревателей или мощных бутовых приборов (скажем, электрических плит или стиральных машин).

Руководство по установке выключателей:

запрещается размыкать нулевой и защитный заземляющий проводник;
запрещается устанавливать какие либо шунтирующие перемычки на выключатель;
запрещается устанавливать выключатели нагрузки в местах, не предусмотренных ПУЭ.

Монтаж может производиться как на общую din-рейку распределительного щита, так и отдельно, для конкретного потребителя, в своем монтажном корпусе. Помните, обозначение, которое имеется на корпусе выключателя – это величина тока, которую он может через себя пропустить, не следует подключать нагрузку, номинальным током, больше этого значения.

Хотя зачастую завод-изготовитель пишет касаемо этих моментов достаточно развернутую инструкцию к прибору, где описывается его ГОСТ, производство, технические характеристики, и т.д. При покупке обязательно проверяйте паспорт и прайс-лист, иногда из-за ошибки можно купить не тот выключатель, который обозначен на коробке. Если Вы живете в больших городах, то не составит особого труда купить выключатели от производителей в официальных магазинах и у дилеров в Киеве, Москве, Екатеринбурге, Красноярске, Санкт-Петербург.

Предназначение выключателя нагрузки

Автогазовый выключатель нагрузки Выключатель нагрузки – это коммутационное устройство, которое оснащено дугогасительной камерой и приводом для управления. Электропривод может быть мускульным, срабатывающим при помощи натянутой пружины, или с соленоидом дистанционного отключения. Основное назначение прибора – механическое размыкание или замыкание цепи на участке, который находится под нагрузкой. Рассчитан на отключение токов аварийного режима, из-за чего допустима установка только при условии наличия защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Любой переключатель нагрузки состоит из следующих частей: пружинного механизма, силовых контактов, заземляющих ножей, разъединителя с полюсами. Полюса размещаются в раме. Основной подвижный контакт представляет собой 2 стальные пластины. Для гашения дуги используется специальный медный контакт. Включается и выключается механизм при помощи натянутых пружин. Подробное описание конструкции будет рассмотрено на примере модели ВНР 10/400. В его составе есть:

рама;
опорный изолятор;
рабочие, заземляющие ножи;
держатель с контактами;
камера гашения;
тяга изолирующая и блокировочного устройства;
вал заземления и рабочих ножей;
рычаг;
пружины;
внутренние прокладки.

Конструкция выключателя нагрузки ВНР 10/400 При включении подвижные контакты располагаются в камере. Внизу есть другие контакты, которые выполняют гашение. При отключении размываются основные контакты, после чего – дугогасительные. Дуга переходит в камеру, где под воздействием высоких температур выделяется газ от оргстекла. В этом газе дуга гасится за несколько миллисекунд.

Технические характеристики:

способ закрепления;
номинальный ток;
дополнительные опции;
комплектация;
конструкция;
номинальное напряжение.

Подробное описание прибора

Выключатель нагрузки представляет собой прогрессивный коммутационный прибор, снабженный дугогасительной камерой и приводом для автоматического или неавтоматического управления.

Отключающие устройства имеют расширенную рукоятку. Диапазон рабочих температур колеблется в пределах от –40 — +50 °С. Насечки на контактовых зажимах уменьшают теплопотери и увеличивают механическую устойчивость соединения

В производственных цехах и на предприятиях, занимающих большую площадь, обычно устанавливают автогазовые выключатели нагрузки. Эти элементы просты в эксплуатации и легко ремонтируются персоналом даже с невысокой квалификацией

Отдельные продвинутые модули выключателей нагрузки снабжены специальным просмотровым окошкам. Через него можно наглядно убедиться в каком состоянии – сомкнутом или разомкнутом – в конкретный данный момент находятся контакты рубильника

Конструкция и принцип работы агрегата

Устройство для отключения нагрузки состоит из прочной сварной рамы, снабженной специальным валом. На ней стоят 6 опорных изоляторов. К трем, располагающимся в нижней части, шарнирно прикрепляются контактные ножи, а на остальных элементах, находящихся наверху, держатся главные и дугогасительные контакты. Изоляционные тяги корректно осуществляют передачу движения от валовых рычажных элементов непосредственно к контактным ножам.

Агрегат снабжен отключающими пружинами, приваренными к концам вала. Они позволяют с определенной скоростью деактивировать выключатель после того, как механизм свободного расцепления провода оказывается освобожденным

Приборы для выключения нагрузки в электрических сетях применяют для прерывания/возобновления подачи напряжения на подстанциях, отвечающих за распределение электроэнергии в городской и сельской местности

Монтаж переносного заземления на устройство отключения напряжения обеспечит безопасность сети и позволит без риска проводить любые плановые или ремонтные работы с электросистемой и оборудованием

Конструкции автоматических выключателей

Существует довольно много различных конструкций автоматических выключателей как цепей переменного, так и цепей постоянного тока. В последнее время очень широкое распространение получили автоматы малогабаритные, которые предназначаются для защиты от КЗ и токовых перегрузок сетей бытовых и производственных в установках на токи до 50 А и напряжением до 380 В.

Главным защитным средством в таких выключателях являются биметаллические или электромагнитные элементы, срабатывающие с определенной выдержкой времени при нагревании. Автоматы, в которых присутствует электромагнит, обладают довольно большим быстродействием, и этот фактор очень важен при коротких замыканиях.

Ниже показан пробочный автомат на ток 6 А и напряжением не превышающим 250 В:

Где: 1 – электромагнит, 2 –пластина биметаллическая, 3, 4 – кнопки включения и выключения соответственно, 5 – расцепитель.

Биметаллическую пластину, как и электромагнит, включают в цепь последовательно. Если через автоматический выключатель протекает ток выше номинального, пластина начинает нагреваться. При длительном протекании превышающего тока пластина 2 деформируется в следствии нагрева, и воздействует на механизм расцепителя 5. При возникновении в цепи короткого замыкания электромагнит 1, мгновенно втянет сердечник и этим тоже воздействует на расцепитель, который разомкнет цепь. Также данный тип автомата отключается вручную путем нажатия кнопки 4, а включение только ручное путем нажатия кнопки 3. Механизм расцепления выполняется в виде ломающегося рычага или защелки. Принципиальная электрическая схема автомата показана ниже:

Где: 1 – электромагнит, 2 – биметаллическая пластина.

Принцип действия трехфазных автоматических выключателей практически ничем не отличается от однофазных. Трехфазные выключатели снабжаются специальными дугогасительными камерами или катушками, в зависимости от мощности устройств.

Ниже приведено видео подробно описывающее работу автоматического выключателя:

Бесконтактные концевые выключатели

Концевые или как их еще называют путевые, выключатели бывают бесконтактными, они осуществляют работу, основываясь на применении электромагнитных реле, а также на использовании логических элементов, работа происходит без воздействия со стороны движущейся части устройства.

Бесконтактные путевые выключатели подразделяются на два основных типа по принципу действия и влиянию на чувствительный элемент:

Механического воздействия.
Параметрического воздействия, за счет изменения физических параметров преобразователя.

Параметрические выключатели подразделяются на следующие типы:

Индуктивные.
Емкостные.
Оптические.

Подключение таких устройств происходит на основе использования 2-х и 3-проводной схемы. Питание в случае с 3-проводной схемы приходит по специальному проводу.

Рис. №7. Бесконтактные путевые выключатели (датчики).

К бесконтактным путевым выключателям предъявляются повышенные требования надежности эксплуатации, потому как работать таким устройствам приходится в тяжелых условиях. Расположение этих устройств находится в рабочей зоне машин и агрегатов, где они могут подвергаться влиянию значительных высоких температур, могут попадать под удар и работать под воздействием сильной вибрации. Также могут находиться под влиянием сильного магнитного поля, на них могут действовать различные, в том числе и агрессивные жидкости и загрязнения.

Отделители

Что такое отделитель?

Отделитель — высоковольтный аппарат, предназначенный для автоматического отключения повреждённых участков цепи в бестоковую паузу АПВ, поскольку его конструкция не рассчитана на гашение электрической дуги. Устройство отделителя такое же как и разъединителя. Отличие от последнего в том, что отделитель в комбинации с короткозамыкателем создаёт систему отделитель-короткозамыкатель которая представляет альтернативу высоковольтному выключателю.

Отделитель представляет собой разъединитель, который быстро отключает обесточенную цепь после подачи команды на его привод. Если в обычном разъединителе скорость отключения очень мала, то в отделителе процесс отключения длится 0,5-1,0 с. Отделитель отсоединяет поврежденные участки электрической цепи после отключения защитного выключателя. Выключатель срабатывает от искусственного короткого замыкания, создаваемого короткозамыкателем.

Отделители представляют собой двухколонковый разъединитель с ножами заземления (ОДЗ); одним ОДЗ-1А, ОДЗ-1Б, двумя ОДЗ-2 или без них (ОД), управляемый приводом ШПО (привод отделителя в шкафу). До 110 кВ включительно три полюса отделителя соединяются в общий трехполюсный аппарат и управляются одним приводом ШПО.

Отделители на 220 кВ выполняются в виде трех отдельных полюсов, каждый из которых управляется самостоятельным приводом.

Отключение отделителя происходит автоматически под действием заведенных пружин при срабатывании блокирующего реле или отключающего электромагнита, освобождающих механизм свободного расцепления привода. Включение отделителя производится вручную.

Операции, производимые отделителями

Отделителями допускаются операции отключения и включения:

трансформаторов напряжения, зарядного тока шин и подстанционного оборудования всех напряжений (кроме конденсаторных батарей);
параллельных ветвей, находящихся под током нагрузки, если разъединители этих ветвей шунтированы другими включенными разъединителями или выключателями;
намагничивающих токов силовых трансформаторов и зарядных токов воздушных и кабельных линий;
нейтралей трансформаторов и дугогасящих катушек при отсутствии в сети замыкания фазы на землю.

Принцип действия отделителей

Обычно отделитель представляет контактную систему рубящего типа без дугогашения и снабжённого пружинно — моторным приводом. В нормальном режиме электродвигателем осуществляется натяжение пружины и постановку механизма на защёлку. При подаче сигнала защелка освобождается специальным расцепителем электромагнитного действия и под действием натянутой пружины отделитель размыкает цепь. Такой принцип (пружинное отключение) необходим для энергонезависимости срабатывания отделителя (для надёжной его работы). Необходимо также отметить обязательную блокировку отключения отделителя под током.

Недостатки отделителей

Низкая надёжность – поскольку отделители располагаются в основном в ОРУ, то осадки могут привести к отказу срабатывания отделителя.

Устройство и принцип работы

Конструкция высоковольтного выключателя нагрузки очень напоминает устройство трехполюсных разъединителей. На раме расположены поворачиваемые в вертикальной плоскости подвижные ножи, имеющие серповидную форму. Они входят в камеру, где расположены неподвижные контакты.

Управление поворотом ножей осуществляется с помощью механизмов, ручных приводов, либо полуавтоматических устройств. Электромагнитный привод, использующий соленоид обеспечивает дистанционное отключение нагрузки высоковольтных приборов, а в отдельных случаях работу в автоматическом управлении.

На рисунке 3 представлен чертёж трёхполюсного ВН с ручным приводом.

Рис. 3. Чертёж выключателя нагрузки ВНА

Обратите внимание (рисунок слева) на то, что в конструкции предусмотрено установку предохранителей, которые не показаны на чертеже. Все токоведущие части отделены от рамы мощными изоляторами (рисунок справа)

Для обеспечения необходимой скорости разъединения контактов применяются пружинные механизмы. При повороте вала пружина накапливает потенциальную энергию, которая в определённый момент высвобождается, направляя накопленную мощь на движение ножей. Пружинный механизм хорошо виден на рисунке 4.

Рис. 4. Выключатель нагрузки ВНА с пружинным механизмом

В комплект выключателя нагрузки могут входить стационарные ножи заземления. Эти элементы дополнительной защиты имеют механизмы блокировки от ошибочных действий персонала.

Главное отличие ВН от разъединителей – это наличие дугогасительных устройств, обеспечивающих сохранность неподвижных и подвижных контактов при коммутации. Гашение электрической дуги, которая неизбежно зажигается при отключении или включении нагруженной цепи, происходит в дугогасительных камерах, оборудованных вкладышами, изготовленных из полимеров. Дуги гасятся потоком продуктов испарения вкладышей, образующихся под действием высоких температур возникающего разряда.

В зависимости от конструкции ВН принцип гашения может отличаться. Следует помнить, что камеры гашения не обеспечивают абсолютного отсутствия дуги, которая, хоть и на очень короткий период времени, всё-таки возникает. Задача состоит в том, чтобы как можно быстрее подавить разрастание разряда, устранив условия для его существования.

Эффект гашения достигается различными способами: путём сдувания ионизированного воздуха с контактов, заполнением камер специальными смесями газов или созданием вакуума. В зависимости от принципа подавления дуги различают разные типы выключателей.

Виды и типы выключателей

Выключатели разделяются: по типу, виду, каждый тип имеет свои способы применения. И вот как раз в таблице ниже, мы видим их подразделение по степени защиты.

На данный момент широко используемся международная система защиты (International Protection) IP. После этих букв указывается две цифры и необязательная буква.

Степени защиты выключателей

Первая цифра показывает, что существует защищенность изделия от попадания в него посторонних предметов. Эти предметы имеют любой размер, вплоть до размера частиц пыли. Второй цифрой обычно обозначается степень защищенности от влаги. Она имеет корреляционную зависимость: чем больше цифры – тем выше степень. Выключатели различаются по способу коммутации — могут быть с винтовыми или безвинтовыми зажимами. В случае с винтовыми зажимами, провода зажимаются между пластин при помощи винта. Однако есть один минус в данном соединение — со временем большая вероятность ослабления контакта, по-этому периодически приходится подкручивать винты. Безвинтовой зажим делает работу по монтажу значительно проще и за счет конструкции механизма, обеспечивается надежный контакт провода с токопроводящей арматурой.

Коммутаторы клавишного типа

Коммутаторы состоят из закрепленных внутри корпуса контактов и качающегося механизма, поджатого пружиной. Клавишные коммутаторы, можно подразделить на две вариации:

Типы выключателей

С использованием шарика который при нажатии на клавишу начинает двигаться по качающемуся коромыслу. Проходя ось, он перекатывается по плечу коромысла, тем самым передвигая механизм с контактами в другую противоположную сторону.
Тип выключателя с использованием подпружинной рамки. Поскольку она имеет возможность качаться на своей оси, то тем самым разрывает либо создает электрический контакт.

Вне зависимости от типа устройств включение-выключение оборудования производится нажатием на клавишу. Такие коммутаторы, при правильной эксплуатации, характеризуются длительным сроком службы в пределах нескольких десятков лет. Да и стоимость их невелика. На рынке можно встретить конструкции разного вида: есть более легкие, есть более сложные — когда на одном основании закреплены две и более клавиш.

Коммутаторы шнурового типа

Такой вариант эпохи прошлого века идеально подходит для бра, настольных ламп и прочих светильников. Поскольку их основной особенностью является наличие прочного шнурка, который выходит из корпуса выключателя. Собственно включение-выключение данного предмета происходит именно за счет этого шнурка. Закрепленный на рычаге, он, в свою очередь, взаимодействует с двигающейся контактной колодкой. Отпуская шнурок, тем самым вы производите распрямление , закрепленной в корпусе пружины и колодка возвращается на прежнее место. Необычность данного типа проявляется в модификации — управления двумя и более лампочками. Они реагируют на количество натяжений шнурка.

При первом натяжении — включается один из осветительных блоков, при втором — следующий и так далее. Выключение происходит в обратном порядке.

Как проводят испытание масляных выключателей

После проведения ремонтов и планового технического обслуживания масляных выключателей, обязательно проводятся высоковольтные испытания. Они включают в себя подачу высокого напряжения на полюса устройств.

Для масляных выключателей напряжением 6 кВ подается чаще всего 30-36 кВ испытательного напряжения с повышающего трансформатора от специальной лаборатории.

Испытательное напряжение подается в течение 5 минут на каждую фазу поочередно (или сразу на 3 фазы, если позволяет конструкция испытательной лаборатории). Если за это время изоляция выдержит это напряжение и не случится пробоя, то испытание считается успешным.

Также перед и после испытания замеряется сопротивление изоляции каждого полюса, которое должно быть больше в 1,3 раза того, что было до испытаний.

Если испытание прошло успешно, масляный выключатель вводится в эксплуатацию, если же на какой-то фазе случается пробой, то производится осмотр и, при необходимости, ремонт (поиск места пробоя, усиление или замена изоляции в этом месте).

После этого снова проводятся высоковольтные испытания до тех пор, пока все три фазы не выдержат испытательное напряжение заданное время.