Выключение автоматического выключателя

Определение выключателя

Выключатель определяется как устройство, которое открывает и закрывает электрические контакты для защиты цепей от неисправностей.

Поэтому выключатели должны работать надежно без каких-либо задержек. Для обеспечения этой надежности механизм работы более сложен, чем кажется на первый взгляд. Расстояние и скорость движущихся контактов при открытии и закрытии являются ключевыми параметрами проектирования выключателей.

Разрыв контакта, расстояние перемещения движущихся контактов и их скорость определяются типом среды гашения дуги, номинальным током и напряжением выключателя. Типичная работа выключателя показана на графиках характеристических кривых.

На графике ось X представляет время в миллисекундах, а ось Y — расстояние в миллиметрах.

Пусть в момент времени T0 ток начинает протекать через катушку закрытия. После времени T1 движущийся контакт начинает двигаться к фиксированному контакту. В момент времени T2 движущийся контакт касается фиксированного контакта. В момент времени T3 движущийся контакт достигает своего закрытого положения. Период с T3 до T2 является периодом перегрузки этих двух контактов (движущегося и фиксированного). После времени T3 движущийся контакт немного отскакивает, а затем снова возвращается в свое фиксированное закрытое положение после времени T4.

Теперь рассмотрим операцию размыкания. Пусть в момент времени T5 ток начинает протекать через катушку размыкания выключателя. В момент времени T6 движущийся контакт начинает двигаться назад для размыкания контактов. После времени T7 движущийся контакт окончательно отделяется от фиксированного контакта. Время (T7 – T6) является периодом перекрытия.

В момент времени T8 движущийся контакт возвращается в свое окончательное открытое положение, но здесь он не будет находиться в состоянии покоя, поскольку будет происходить некоторая механическая колебание движущегося контакта перед достижением его окончательного положения покоя. В момент времени T9 движущийся контакт окончательно достигает своего положения покоя. Это справедливо как для стандартных, так и для дистанционно управляемых выключателей.

Требования к операции размыкания выключателя

Выключатель должен быстро размыкаться, чтобы ограничить эрозию контактов и своевременно прервать аварийный ток. Однако расстояние перемещения движущегося контакта также определяется необходимостью поддержания достаточного зазора между контактами для выдерживания нормальных диэлектрических напряжений и импульсного напряжения молнии, когда выключатель открыт.

Необходимость пропускания постоянного тока и выдерживания периода дуги в выключателе делает необходимым использование двух параллельных наборов контактов: основного контакта, который всегда изготовлен из высоко проводящих материалов, таких как медь, и дугового контакта, изготовленного из материалов, устойчивых к дуге, таких как вольфрам или молибден, которые имеют гораздо меньшую проводимость, чем основные контакты.

Во время операции размыкания выключателя основные контакты открываются раньше дуговых контактов. Однако, из-за различия в электрическом сопротивлении и индуктивности электрических путей основных и дуговых контактов, требуется конечное время для достижения полной коммутации тока, то есть перехода от основных или главных контактов к ветви дуговых контактов.

Поэтому, когда движущийся контакт начинает перемещаться из закрытого положения в открытое, зазор между контактами постепенно увеличивается, и через некоторое время достигается критическое положение контакта, которое указывает на минимальный требуемый зазор для предотвращения повторного возникновения дуги после следующего нулевого значения тока.

Оставшаяся часть перемещения необходима только для поддержания достаточной диэлектрической прочности между зазором контактов и для целей замедления.

Требования к операции закрытия выключателя

Во время операции закрытия выключателя необходимо следующее:

Движущийся контакт должен перемещаться к фиксированному контакту с достаточной скоростью, чтобы предотвратить явление предварительной дуги. По мере уменьшения зазора между контактами дуга может начаться до полного закрытия контактов.

Во время закрытия контактов среда между контактами заменяется, поэтому во время этой операции выключателя необходимо обеспечить достаточную механическую мощность для сжатия диэлектрической среды в камере дугогашения.

После удара о фиксированный контакт движущийся контакт может отскочить из-за отталкивающей силы, что крайне нежелательно. Поэтому необходимо обеспечить достаточную механическую энергию, чтобы преодолеть отталкивающую силу при закрытии на неисправность.

В механизме с пружиной-пружиной, обычно пружина размыкания заряжается во время операции закрытия. Поэтому необходимо также обеспечить достаточную механическую энергию для зарядки пружины размыкания.