Устройство и принцип работы выключателя нагрузки

Что представляют собой выключатели нагрузок

Аппарат, который имеет коммутационное назначение и работает в режиме включения и отключения токоведущих цепей, находящихся под нагрузкой, питаемой силовыми установками в 6,0-10,0 кВ (величина номинальных токов 200,0-400,0 А и выше), с отсутствием в устройстве механизма автоматических систем, защищающих от короткого замыкания, называется выключателем нагрузки.

Проще понять выключатель как разъединитель простого типа, дополненный специальной камерой для гашения электрической дуги. Первые устройства такого назначения стали применять в электросетях свыше полувека назад. Они были снабжены только системой разъединения и плавкими предохранителями для защиты от перегрузок и токов КЗ. Работали при менее высоких мощностях, нежели теперь.

Развитие электроэнергетики и значительное увеличение мощностей вызвало необходимость модернизации систем, с внесением в их схему дугогасителей. Такие устройства назвали разъединителями мощности. В современных аппаратах значительно упростили конструкцию гашения дуги, из-за чего они стали менее дорогими и более востребованными.

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.

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.

Как устроен механизм выключателя

Устройство выключателя нагрузки состоит из рамы и вала. На раме закреплены шесть изоляторов опорных. Из этих изоляторов к раме, в нижней ее части, закреплены три, на которых расположены ножи-контакты. Оставшиеся контакты установлены на раме вверху. На них контакты главного назначения и дугогасительные. Чтобы осуществить движение к ножам-контактам, рычаги вала соединены с тягами из электроизоляционного материала.

В конечных точках вала имеется по паре пружин отключения. Они ускоряют процесс разъединения выключателя в момент высвобождения системы, где привод свободно расцепляется. В этих же местах установлены буферные резиновые прокладки, предотвращающие механические удары во время отключения.

В камерах дугогашения происходит процесс разъединения специальных контактов дугогасительных. Материал исполнения контактов – фенопласт с вкладышами на основе полиамида стеклонаполненного. Форма вкладышей и самих камер дугообразна. Такое конструктивное решение позволяет плавно заходить в них контактам дугогашения.

В процессе включения цепи в первую очередь происходит соединение дугогасительных контактов, далее замыкаются главные контакты с ножами. Когда нагрузку отключают, весь процесс происходит в обратной последовательности.

Положение контактов дугогашения при отключенной нагрузке характеризуется наличием видимой воздушной прослойки между ними и камерой, по принципу разъединителя обычного. В момент отключения появляется электрическая дуга, и все это сопровождается сильным излучением тепла, нагревающего полиамид стеклонаполненный. Последний образует газовыделение, гасящее дугу.

Выключатели нагрузки: назначение, устройство, принцип действия — Школа для электрика: устройство, монтаж, наладка, эксплуатация и ремонт электрооборудования

Вакуумный выключатель нагрузки

Выключатели делятся по методу гашения дуги. Есть следующие виды:

• Вакуумные. Работают на свойствах вакуума, в которых дуга не распространяется.
• Автогазовые. Дуга гасится под действием газов, которые выделяются под высокими температурами в камере.
• Автопневматические. Воздух сжимается, из-за чего происходит гашение дуги.
• Электромагнитные. Направление дуги изменяется под действием электромагнитного поля.
• Электрогазовые. Гашение происходит в среде электротехнического газа, состоящего из шестифтористой серы.

По количеству полюсов можно выделить:

• однополюсные;
• двухполюсные;
• трехполюсные устройства.

По конструкции выделяют:

• тепловые;
• полупроводниковые;
• электромагнитные;
• комбинированные.

Выключатели нагрузки характеристики техническиеимеютследующие:

• Номинальное значение напряжения. Оно является рабочим напряжением электротехнического устройства, на величину которого оно рассчитано производителем.
• Наибольшее значение рабочего напряжения. Допустимо высокое напряжение, которое не вредит работоспособности выключателя. Оно заложено в пределах от 5% до 20% выше, чем номинальное.
• Номинальное значение тока. Ток, при прохождении которого степень нагревания частей токопровода и покрытия изоляционного не нарушает работоспособности и который может быть выдержан сколь угодно долго.
• Сквозной ток допустимых пределов. Ток, протекающий в режиме короткого замыкания, величину которого способны выдержать выключатели нагрузок.
• Ток стойкости электродинамической. Такой ток к. з., воздействие нескольких первых периодов которого механически не повреждает прибор.
• Ток стойкости термической. Предельный ток, нагревающее действие которого в течение определенного времени не приводит к выходу из строя выключателя.
• Физические параметры, касающиеся размеров и массы.
• Техническое исполнение привода.

Выключатели нагрузки: назначение, устройство, принцип действия

Выключатель нагрузки представляет собой трехполюсный коммутационный аппарат переменного тока для напряжения свыше 1 кВ, рассчитанный на отключение рабочего тока, и снабженный приводом для неавтоматического или автоматического управления.

Выключатели нагрузки не предназначены для отключения тока короткого замыкания, но их включающая способность соответствует электродинамической стойкости при коротких замыканиях. В распределительных сетях 6-10 кВ, выключателями нагрузки часто называют выключатели с отключающей способностью меньше 20 кА.

Конструкция вакуумного выключателя нагрузки с магнитной защелкой 1 – неподвижный контакт ВДК, 2 – вакуумная дугогасительная камера (ВДК), 3 – подвижный контакт ВДК, 4 – гибкий токосъем, 5 – тяговый изолятор, 6 – пружина поджатия, 7 – отключающая пружина, 8 – верхняя крышка, 9 – катушка, 10 – кольцевой магнит, 11 – якорь, 12 – втулка якоря, 13 – кулачок, 14 – вал, 15 – постоянный магнит, 16 – герконы (контакты для внешних вспомогательных цепей)

Выключатели нагрузки применяют в присоединениях силовых трансформаторов на стороне высшего напряжения (6-10 кВ) вместо силовых выключателей, если это возможно по условиям работы электроустановки. Поскольку они не рассчитаны на отключение тока короткого замыкания, функции автоматического отключения трансформаторов в случае их повреждения возлагают на плавкие предохранители либо на выключатели, принадлежащие предшествующим звеньям системы, например на линейные выключатели, расположенные ближе к источнику энергии.

В распределительных сетях наиболее распространены конструкции выключателей нагрузки (ВНР, ВНА, ВНБ) с гасительными устройствами газогенерирующего типа.

Выключатель нагрузки с гасительными устройствами газогенерирующего типа (BH) а – общий вид выключателя; б – гасительная камера

Как видно из рисунка, здесь использованы элементы трехполюсного разъединителя для внутренней установки. На опорных изоляторах разъединителя укреплены гасительные камеры 5. К ножам разъединителя 1 прикреплены вспомогательные ножи 4. Изменен также привод разъединителя, что-бы обеспечить необходимую скорость движения ножей при включении и отключении, не зависящую от оператора.

В положении «включено» вспомогательные ножи входят в гасительные камеры. Контакты разъединителя 2 и скользящие контакты гасительных камер 7 замкнуты. Большая часть тока проходит через контакты разъединителя 8 в процессе отключения сначала размыкаются контакты разъединителя; при этом ток смещается через вспомогательные ножи 4 в гасительные камеры.

В положении «отключено» вспомогательные ножи находятся вне гасительных камер; при этом обеспечиваются достаточные изоляционные разрывы. Наибольший ток отключения выключателя нагрузки типа ВН (активный или индуктивный, но не емкостный) равен 800 А при номинальном напряжении 6 кВ и 400 А при напряжении 10 кВ, номинальные продолжительные токи в 2 раза меньше и соответствуют рабочим токам разъединителей.

Выключатель нагрузки ВНР-10/630

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Моя профессия электрик

Маркировка выключателей нагрузки

Каждое электромеханическое устройство имеет свою маркировку, и автоматический выключатель не исключение. Маркировка состоит из букв и цифр, которые обозначают расположение привода, напряжение, ток и другие характеристики.

Например, обозначение выключателя нагрузки 10 кВ ВНРп 10/400-10зп расшифровывается как:

• В – выключатель;
• Н – нагрузка;
• Р – ручной привод;
• П – встроенный предохранитель;
• 10 – напряжение 10 В;
• 400 – ток 400 А;
• 10 – сквозной ток;
• З – наличие заземляющих ножей;
• П – расположение ножей за предохранителем.

Аналогичным образом записываются другие модели.

Разновидности высоковольтных выключателей нагрузки

Выключатели нагрузки типы имеют следующие.

Автогазовые:

• BHA-10/630. Такой тип выключателя обеспечивает коммутацию электрических трехфазных цепей на напряжение в 6000 и 10000 В, частота которых равна 50 Гц, находящихся под нагрузкой. Предусматривается автоматическое заземление выключенных линий специальными заземляющими ножами. Эти модели устройств устанавливают в основном на трансформаторных подстанциях, в устройствах распределительных и в боксах обслуживания. Тип дугогасителя – автогазовый, привод может быть как ручного управления, так и электрического. Рассчитаны агрегаты на двадцатипятилетний срок работы с промежуточными капитальными ремонтами через каждые две тысячи операций.

• ВНБ-10/630. Выключатель нагрузки 10 кв повышенной скорости отключения используют в нагруженных цепях с силой тока до 630A. У него нейтральный провод заземлен либо изолирован. Узлы применения – это одностороннего обслуживания камеры стационарные, подстанции трансформаторных устройств, шкафы распределителей комплектных, также ими проводят замену старых модификаций выключателей. Система гашения дуги при помощи выделения газа.
• BHP-10/630. Работает по аналогии с выключателем BHA-10/630, но привод имеет только ручное исполнение. Может быть укомплектован заземляющими контактами и дополнительными предохранителями.

Вакуумные:

• ВБСК-10-20/1000. Выключатели нагрузок, рассчитанные на напряжение до 12000 В, которые способны коммутировать цепи электрические (трехфазные с нейтралью изолированной) в режимах нормальной работы и в аварийных ситуациях. Устройства применяют во всех вышеперечисленных системах, а также когда проводят замену выключателей маломасляных. Выключатели этого типа имеют малые габариты, поэтому удобны для монтажа в разных типах распредкоробок.
• BBTEL. Универсальный разъединительный прибор, система гашения дуги которого основана на затухании ее в глубоком вакууме. Фиксирует контакты дугогашения при замыкании электромагнитный механизм. Отличаются эти системы большим ресурсом и высокой износостойкостью. Они малогабаритны и не требуют ремонта.
• BBT-10-20. Вакуумный тип выключателя с моторно-пружинным приводом, который предназначен для тех же целей, что и ВБСК-10-20/1000, но этот выключатель нагрузки 10 кв выдерживает только.

Устройства разъединители:

• РВЗ-10/630 разработаны для коммутационных целей при работе с высоким напряжением, но отсутствием нагрузочных токов. При помощи их можно проводить переподключение и изменение схем, осуществляются ремонтные работы в безопасном режиме (обесточенные линии). Имеют конструкцию привода рычажного принципа действия.
• РЛНД — выполняют те же функции, но допустимы для установки вне помещения.

Плюсы и минусы

Выключатель нагрузки и камера кСо

К основным положительным качествам выключателей нагрузки можно отнести:

• простота изготовления и эксплуатации;
• стоимость выключателя ниже, чем других аналогичных изделий;
• удобство включения и выключения токов;
• защита от сверхтоков;
• есть видимый разрыв между контактами;
• безопасность.

Отличия от автоматического выключателя

Автоматический выключатель нагрузки – это прибор электрический коммутационного назначения. Он предназначен для проведения номинальных токов к нагрузке и размыкает цепь в автоматическом режиме, если возникают токи короткого замыкания либо токи, превышающие значение номинальных. Также некоторые устройства способны срабатывать при нежелательном понижении питающего напряжения, когда мощность изменяет направление. Не следует использовать автоматы в качестве тумблеров, их механизм не приспособлен для этого, могут подгорать внутренние контакты.

По числу полюсных контактов: одно-, двух- и трехполюсные.

С функцией токоограничения и без нее.

По исполнению механизма расцепления: тепловой от перегрузок, электромагнитный от к. з., полупроводниковый, настраиваемый от всех аварий, комбинированный.

Ручного привода либо от электромагнитов.

С возможностью устанавливать задержку по времени в режиме к. з. и без этой функции.

По типу конструкции: неподвижные, стационарные и выдвижные.

Автоматический дифференциальный выключатель

В домашних условиях часто используются другие устройства – автоматические дифференциальные выключатели. Их устанавливают на различные бытовые приборы для защиты от скачков напряжения. Они могут обесточить помещение при необходимости, защитить токоприемники и проводку от агрессивного воздействия высоких токов.

Автоматические выключатели не подходят для частых отключений и выключений. Это может привести к быстрому износу модуля и выгоранию рабочего ресурса, после чего устройство придется менять. Для таких целей рекомендуется использовать модульные выключатели нагрузки. Коммутаторы ввода обеспечивают высокую безопасность распределительных щитов,  бесперебойную подачу электричества, удобство размыкания цепи. Оптимальным вариантом является использование переключателя нагрузки и автомата одновременно. Тогда повышается безопасность электросети.

Главным отличием от автомата является невозможность работы в автоматическом режиме. Для переключения требуется внешнее вмешательство – ручное или дистанционное. Автомат срабатывает при достижении предельного тока. Также приборы могут отличаться по маркировке и внешнему виду.

Правила подключения

На линиях электропередач устройство устанавливается перед трансформатором. В жилых зданиях выключатель ставят в распределительном щитке или другом месте на каждую квартиру отдельно. В самой квартире переключатели устанавливаются перед счетчиком, но их можно монтировать и после прибора учета. Обязательно ставить выключатель нужно по схеме перед другими защитными устройствами (пробки, автоматы).

На заводах, фабриках и других производственных помещениях рубильник ставится рядом со станками, которые могут потребовать экстренного отключения.

Выбор выключателя нагрузки

Необходимо помнить, что все автоматические выключатели нагрузок призваны защищать проводку от перегрева, возгорания и перегорания, а не электрические приборы. Поэтому, чтобы правильно выбрать входной разъединитель, нужно знать, на какой ток рассчитан кабель или его сечение. Ток срабатывания автомата должен быть чуть меньшим, чем предельно допустимый для провода.

В том случае, когда пропускная способность кабеля гораздо больше, чем ток потребления нагрузки, то можно подобрать автомат под нагрузку. Для этого суммируют мощность всех электрических приборов, добавляя процент запаса, и находят суммарный ток потребления, исходя из закона Ома. Далее выбирают автомат, ток срабатывания которого будет ближайшим большим от расчетного.