Я помню, как много лет назад во время экскурсии по заводу впервые стоял перед большим воздушным выключателем. Он был размером с небольшой холодильник, и электрик, показавший мне окрестности, сказал: «Эта штука может прервать ток, достаточный для освещения небольшого города. Но внутри это просто причудливый переключатель, который знает, когда нужно сдаться».
Он не ошибся. В глубине душивоздушный выключатель– или ACB, как его называет большинство из нас – делает то же, что и любой автоматический выключатель: он пропускает ток, когда все в порядке, и отключает ток, когда что-то идет не так. Но как это происходит, особенно с теми токами, о которых мы говорим в промышленных условиях, стоит понять.
Основная работа
Автоматические выключатели предназначены для работы при низком-напряжении, обычно ниже 600 В, хотя их можно встретить в самых разных приложениях. Это большие мальчики в мире распределительных устройств, способные выдерживать ток от нескольких сотен ампер до 6300 ампер в некоторых случаях. Вы обнаружите, что они защищают трансформаторы, генераторы, главные распределительные щиты – места, где в случае неисправности вы хотите, чтобы это произошло безопасно.
«Воздушная» часть названия говорит о том, какую среду использует выключатель для гашения дуги при размыкании контактов. В отличие от масляных или элегазовых выключателей, в которых используются другие материалы, автоматические выключатели выполняют свою работу прямо на воздухе при атмосферном давлении.
Что внутри важно
Прежде чем мы приступим к работе, давайте поговорим о том, что на самом деле находится внутри одной из этих вещей.
Главные контакты – это те, по которым протекает ток во время нормальной работы. Они изготовлены из серебра-вольфрама или подобных сплавов, устойчивых к сварке и эрозии. Когда выключатель замкнут, эти контакты сжимаются вместе под действием пружины, и через них протекает ток.
Над или вокруг этих основных контактов вы найдете дугогасительные контакты. Они предназначены для того, чтобы принять на себя основной ущерб при размыкании выключателя. Они вступают в контакт до замыкания сети и разъединяются после ее размыкания, поэтому дуга образуется на них, а не на основных токопроводящих-поверхностях. Умный дизайн.
Еще есть дугогасительная камера — стопка металлических пластин, расположенных так, что втянутая в нее дуга разделяется на более мелкие сегменты и охлаждается до тех пор, пока не перестанет поддерживать себя. Думайте об этом как о лабиринте, через который должна пройти дуга, и к тому времени, как она достигнет конца, у нее закончится энергия.
Действующий механизм – это то, что движет всем. В более крупных автоматических выключателях это часто механизм накопления энергии — пружины, которые взводятся либо вручную, либо с помощью небольшого двигателя и готовы закрывать или размыкать контакты с постоянной скоростью независимо от того, как оператор перемещает ручку.
Нормальная работа – просто проходящий ток
Когда все работает нормально, ACB просто выполняет свою работу. Ток поступает через одну клемму, проходит через контакты и выходит с другой стороны. Расцепитель – тепловой, магнитный или электронный – постоянно контролирует ток.
В термо-магнитных выключателях имеется биметаллическая полоса, которая нагревается в зависимости от проходящего через нее тока. Обычный ток сохраняет его теплым, но недостаточным для изгиба. Также имеется магнитная катушка, которая создает магнитное поле, пропорциональное току.
В современных электронных расцепителях трансформаторы тока на каждой фазе подают сигналы на микропроцессор, который отслеживает неисправности. Они гораздо более точны и могут быть настроены для различных кривых срабатывания и функций.
Когда дела идут не так – последовательность поездки
Вот где это становится интересным. Предположим, произошло короткое замыкание на выходе. Ток достигает тысяч ампер за миллисекунды.
В термо-магнитном выключателе этот большой ток мгновенно создает сильное магнитное поле вокруг катушки. Поле притягивает якорь, который приводит в действие механизм и размыкает контакты. Это происходит примерно за 10 миллисекунд – менее половины цикла.
В выключателе с электронным срабатыванием микропроцессор распознает перегрузку по току и отправляет сигнал на независимый расцепитель или освобождает магнитную защелку. В любом случае, рабочий механизм освобождается.
Дуга – и как ее убить
Когда контакты начинают размыкаться, напряжение пытается поддерживать ток через зазор. Воздух ионизируется, становится проводящим, и образуется дуга. Эта дуга может достигать температуры в несколько тысяч градусов. Если оставить его в покое, он разрушит контакты и будет продолжать проводить ток, пока что-нибудь не расплавится.
Здесь дугогасительная камера заслуживает своего внимания. Когда подвижный контакт отрывается, дуга тянется вверх – либо магнитным полем самого тока, либо механически направляемым – в стопку металлических пластин. Каждая пластина разделяет дугу на более мелкие дуги, расположенные последовательно. Каждый раскол увеличивает падение напряжения, и пластины охлаждают дугу. В конце концов, напряжение, необходимое для поддержания всех этих небольших дуг, превышает то, которое может обеспечить система, и дуга гаснет.
Весь процесс занимает от 25 до 40 миллисекунд для типичного ACB. Не мгновенно, но достаточно быстро, чтобы ограничить урон.
Накопленная энергия: почему большие разрушители не полагаются на мышцы
Если вы когда-либо управляли большим автоматическим выключателем вручную, вы знаете, что нельзя просто повернуть ручку. Сначала вы взводите пружины, качая рычаг или позволяя двигателю работать. Именно эта накопленная энергия замыкает контакты – быстро и с силой, независимо от того, насколько медленно вы двигаетесь.
Это важно, поскольку скорость контакта влияет на гашение дуги. Если вы будете закрываться медленно, контакты могут отскочить или искривиться, прежде чем они полностью замкнутся. Если открывать медленно, дуга будет висеть слишком долго. Механизмы накопления энергии всегда обеспечивают постоянную скорость.
Разница между ACB и выключателями меньшего размера
Люди иногда путают ACB свыключатели в литом корпусеили MCCB. В каком-то смысле они оба являются воздушными выключателями, но автоматические выключатели, как правило, крупнее, имеют более высокие номинальные значения постоянного тока и часто включают более сложную защиту и мониторинг.
Автоматические выключатели также спроектированы так, чтобы их можно было обслуживать. Вы можете открыть их, проверить контакты, заменить дугогасительные камеры и отрегулировать настройки. Выключатель в литом корпусе обычно опломбирован – когда это будет сделано, вы замените весь блок.
Еще одно отличие заключается в том, как они обрабатывают ток повреждения. MCCB предназначены для ограничения тока – они прерываются так быстро, что ток повреждения никогда не достигает своего полного пика. Автоматические выключатели рассчитаны на кратковременное выдерживание неисправности, пока последующие устройства устраняют проблему. Эта селективность имеет решающее значение в больших системах, где вы не хотите, чтобы главный выключатель отключался при каждой незначительной неисправности в ответвленной цепи.
Распространенные заблуждения
Я слышал, как люди говорили, что автоматические выключатели устарели, их заменили вакуумные или элегазовые. Неверно для низкого напряжения. Воздух свободен, не протекает и не требует специального обращения. При напряжении ниже 1000 В воздушные выключатели по-прежнему остаются «рабочими лошадками».
Еще один: все АКБ одинаковы. Это не так. Некоторые используют простые тепловые расцепители, другие имеют полное микропроцессорное управление с возможностью связи с системами управления зданием. Основной принцип тот же, но сложность сильно различается.
И тот, который меня сводит с ума: «Если он сработал, просто перезагрузите его и включите снова». Нет. Сначала вы узнаете, почему он сработал. Выключатели не срабатывают без причины.
Подведение итогов
Так как же работает воздушный выключатель? Он пропускает ток, когда это необходимо, определяет, когда ток превышает безопасный уровень, размыкает контакты, чтобы прервать этот ток, и использует свойства воздуха и продуманную механическую конструкцию для гашения возникающей дуги. Он делает это надежно, многократно и без использования специальных газов и масел.
В следующий раз, когда вы пройдете мимо такого на подстанции или заводе, вы поймете, что происходит внутри этого металлического ящика. И вы оцените инженерные решения, позволяющие ему спокойно сидеть годами, ожидая той доли секунды, когда ему нужно будет выполнить свою работу.
Если вы работаете своздушные выключателиЕсли вы когда-нибудь окажетесь неуверенными в том, какая модель подходит для вашей установки, как настроить параметры защиты, или просто захотите разобраться в сложной ситуации с кем-то, кто был там, я буду рад помочь. Никакого перегруженного техническим жаргоном и навязчивых разговоров о продажах – только честные и практические советы, основанные на многолетнем-практическом опыте.
Независимо от того, подбираете ли вы оборудование для нового проекта, гонитесь за неприятной поездкой или думаете об обновлении существующей установки, не стесняйтесь обращаться к нам. Давайте позаботимся о том, чтобы ваши выключатели делали именно то, что должны, когда это наиболее важно.
Электронная почта: luna@yawei-electric.com
WhatsApp: +86 15206275931
