Многие знают из школьного курса физики, что ток бывает переменным и постоянным. Если о применении переменного тока мы еще что-то можем с уверенностью сказать (все бытовые электроприемники питаются от переменного тока), то о постоянном мы не знаем практически ничего. Но раз существуют сети постоянного тока, значит есть и потребители, и соотвественно защита таким сетям тоже нужна. Где встречаются потребители постоянного тока и в чем отличие аппаратов защиты для этого рода тока мы рассмотрим в этой статье.
Ни один из типов электрического тока не «лучше», чем другой — каждый подходит для решения определенных задач: переменный ток идеален для генерации, передачи и распределения электроэнергии на большие расстояния, в то время как постоянный ток находит свое применение на специальных промышленных объектах, установках солнечной энергии, центрах обработки данных, электрических подстанциях и пр.
Шкаф распределения постоянного оперативного тока электрической подстанции
Понимание отличий переменного и постоянного тока дает четкое представление о задачах, с которыми сталкиваются автоматические выключатели постоянного тока. Переменный ток промышленной частоты (50 Гц) меняет свое направление в электрической цепи 50 раз в секунду и столько же раз «переходит» через нулевое значение. Этот «переход» значения тока через ноль способствует скорейшему гашению электрической дуги. В цепях постоянного тока значение напряжения постоянно — также как и направление тока постоянно во времени. Этот факт существенно затрудняет гашение дуги постоянного тока, и потому требует специальных конструкторских решений.
Совмещенные графики нормального и переходного режимов при отключении: а) переменного тока; б) постоянного тока.
Одно из таких решений — использование постоянного магнита (4). Движение дуги в магнитном поле является одним из способов гашения в аппаратах до 1 кВ и находит применение в модульных автоматических выключателях. На электрическую дугу, которая по своей сути является проводником, воздействует магнитное поле, и та затягивается в дугогасительную камеру, где окончательно затухает.
1 — подвижный контакт
2 — неподвижный контакт
3 — серебросодержащая контактная напайка
4 — магнит
5 — дугогасительная камера
6 — скоба
Полярность надо соблюдать
Еще одним и, пожалуй, ключевым отличием между автоматическими выключателями переменного и постоянного тока, является у последних наличие полярности.
Схемы подключения однополюсного и двухполюсного автоматического выключателя постоянного тока
Если вы защищаете однофазную сеть переменного тока при помощи двухполюсного автоматического выключателя (с двумя защищенными полюсами), то нет разницы в какой из полюсов подключать фазный или нулевой проводник. При подключении же в сеть постоянного тока автоматических выключателей необходимо соблюдать правильную полярность. При подключении однополюсного выключателя постоянного тока питающее напряжение подается на клемму «1», а при подключении двухполюсного — на клеммы «1» и «4».
Почему это так важно? Смотрите . Автор ролика проводит несколько тестов с 10-ти амперным выключателем:
1) Включение выключателя в сеть с соблюдением полярности — ничего не происходит.
2) Выключатель установлен в сеть обратной полярностью; параметры сети U=376 В, I=7,5 А. Как итог: сильное дымовыделение с последующим воспламенением выключателя.
3) Выключатель установлен с соблюдением полярности, а ток в цепи составляет 40 А, что в 4 раза превышает его номинал. Тепловая защита, как это и должно быть, разомкнула защищаемую цепь через несколько секунд.
4) Последний и самый жесткий тест проводился с таким же 4-х кратным превышением по току и обратной полярностью. Результат не заставил себя долго ждать — мгновенное воспламенение.
Этот ролик наглядно демонстрирует то, почему необходимо соблюдать полярность при подключении автоматических выключателей постоянного тока. Подключение с обратной полярностью, и с током цепи, не превышающим номинал автоматического выключателя, выводит его из строя. Во избежание повторения подобных «печальных опытов» производители маркируют клеммы выключателей «+» и «-«, а также дают схемы подключения в руководствах по эксплуатации.
Таким образом, автоматические выключатели постоянного тока — это устройства защиты, применяемые для объектов альтернативной энергетики, систем автоматизации и управления промышленных процессов и пр. Специальные исполнения защитных характеристик Z, L, K позволяют защищать высокотехнологичное оборудование промышленных предприятий.
Для их электроустановки всегда рекомендуется пользоваться услугами квалифицированных инженеров и техников, чтобы убедиться, что соответствующие автоматические выключатели постоянного тока будут выбраны и установлены правильно.
Страница 31 из 75
4-13. АВТОМАТЫ ЗАЩИТЫ СЕТЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА НОМИНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ДО 24 в
Для защиты от сверхтоков цепей, питаемых маломощными источниками постоянного тока напряжением до 24 в, применяются однополюсные автоматы (рис. 4-40) иа номинальный постоянный ток от 2 до 50 а. Они выпускаются одного габарита и имеют обратно зависимую от тока выдержку времени при всех токах, больших пограничного, который находится между номинальным током и 120—130% номинального.
Рис. 4-40. Автомат защиты сетей постоянного тока на 50 а, 24 в.
При токе, равном 200% номинального, выдержка времени у разных исполнений находится в пределах 25 — 80 сек при нагреве с холодного состояния и не менее 5 сек после прогрева номинальным током. Разрывная способность равна 10,00 а при номинальном токе расцепителей до 10 а и 1 500 а для исполнений на большие номинальные токи. Гарантируемый срок службы 10 000 включений.
Характерной особенностью конструкции является отсутствие свободного расцепления, что в некоторых случаях целесообразно, так как дает возможность удержать автомат в замкнутом состоянии, несмотря на наличие сверхтока.
При положении рукоятки «включено» подвижной контакт 1 всегда прижимается к неподвижному 2 с помощью штифта 8, на который действует пружина 9. При этом колодка 3 сжимает пружину 4. Она удерживается благодаря тому, что ее зуб 5 заскочил за зуб 6 термобиметаллической пластины 7. При перегрузках термобиметаллическая пластина выгибается, зубья 5 и 6 выходят из зацепления, и если рукоятка не удерживается во включенном положении, то происходит отключение, так как под влиянием пружины 4 рукоятка переходит в отключенное положение и находящийся внутри ее штифт 8 размыкает контакт.
4-14. ПОЛУБЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ АВТОМАТ АБ-45-1/6000
Автомат АБ-45-1/6000 на напряжение 750 в, ток 6 000 а постоянного тока — однополюсный, с электромагнитным приводом, отключающим расцепителем и максимальным расцепителем мгновенного действия с регулируемой уставкой 6 000— 12 000 а. Он был разработан для защиты мощных установок постоянного тока, главным образом металлургических. Принципиальная кинематическая схема автомата приблизительно такая же, как и у универсальных автоматов; однако собственное время его срабатывания снижено, для чего применен максимальный расцепитель с индуктивным шунтом (рис. 4-41).
Рис. 4-41. Максимальный расцепитель с индуктивным шунтом для автомата АБ-45-1/6000 на 6 000 я, 750 в постоянного тока.
Часть магнитного потока, созданного током, проходящим через окно 1 магнитопровода, проходит через шунт 2 и удерживает якорь 3 от включения. При больших скоростях роста тока поток через удерживающий шунт медленно растет из-за влияния медной гильзы 4, что приводит к ускоренному притяжению якоря расцепителя.
При испытании {Л. 4-9], несмотря на огромную скорость нарастания тока (25-10+6 а/сек), собственное время срабатывания было 10 — 15 мсек, ток не ограничивался автоматом и достигал 200 кА, автомат разрушился от электродинамических сил. В аналогичных условиях автомат ВАБ-2 ограничивал ток до 42 кА. Разрывная способность АВ-45-1/6000 проверялась до 90 кА при напряжении 500 в. Такой ток автомат отключал с собственным временем 20—35 мсек и полным временем порядка 40 мсек.
Автомат имеет открытую камеру с магнитным гашением и выбрасывает дугу на 1,5 м. Поэтому рекомендуется устанавливать токоведущие детали не ближе, чем на 2,5 м от камеры.
Низкая токоограничивающая способность полубыстродействующего автомата заставляет отдать предпочтение быстродействующим автоматам. Только отсутствие их на достаточно большую силу тока оправдывало существование полубыстродействующих автоматов, которые исполнялись на номинальные токи до 10 000 а. Габаритные размеры автомата АВ-45 меньше, чем быстродействующих.