Структура и принципы работы автоматического выключателя ВА-45 серии PROxima

Потребители электрической энергии и, соответственно, кабельные сети бывают разные — существуют и такие, где ток достигает нескольких тысяч ампер. В этих случаях для защиты потребителей применяются силовые автоматические выключатели с воздушным диэлектриком (АСВ).

Рис. 1. Внешний (сверху) и внутренний (снизу) вид ВА-45

Конструктивной особенностью воздушного автомата является то, что диэлектриком, разделяющим фазы в автомате, является воздух, в отличие от силового автомата в литом корпусе, где изолятором фаз являются стенки корпуса. Рассмотрим устройство и принципы работы выключателей с воздушным диэлектриком на примере автоматического выключателя ВА-45 серии PROxima, выпускаемого российской компанией EKF.

Автоматический выключатель ВА-45 серии PROxima (рис. 1) — это простой в эксплуатации и надежный силовой автомат, который поставляется на рынок с 2009 г. За этот период выключатели были установлены в распределительных энергосистемах промышленных предприятий, жилищных, складских и коммерческих зданиях и сооружениях. Среди наиболее значимых объектов, на которых используется данный выключатель, — Михайловский горно-обогатительный комбинат (г. Железногорск Курской области), «Титан-Агро» (г. Омск), Цементный терминал (г. Омск) и бизнес-центр «Овентал Тауэр» (г. Тюмень).

Выключатель оснащен микропроцессорным расцепителем тока (МРТ), предназначенным для осуществления функций защиты силовых электрических сетей переменного тока низкого напряжения (до 690 В) от токов перегрузки и короткого замыкания (КЗ), оперативных включений и отключений сети при управлении непосредственно оператором или по командным сигналам системы управления распределением электрической энергии. Также он выполняет функцию отключения сети в случае снижения напряжения сети ниже допустимого или его пропадания.

BA-45 серии PROxima являются воздушными выключателями с механизмом свободного расцепления и оперирования контактами посредством механизма с пружинным накопителем энергии. Выключатель выполнен в виде конструкции, смонтированной на жесткой раме. Он может быть стационарного и выкатного исполнения.

Рис. 2. Органы управления и составные части

Основные органы управления и индикации выведены на лицевую панель (рис. 2).

Механизм включения, отключения (автоматического отключения) состоит из привода оперативных включений-отключений и взводного механизма с пружинным накопителем для функции оперирования, в том числе для обеспечения мгновенного срабатывания выключателя при отключении токов короткого замыкания и перегрузки привода, связывающего его с контактной системой выключателя. Совместно с данным механизмом агрегатируется мотор-редуктор, обеспечивающий функционирование выключателя дистанционно, по команде оператора или с помощью автоматической системы управления.

В рабочем (включенном) состоянии выключателя механизм расцепления находится во взведенном положении. Взвод перед включением осуществляется вручную оператором с помощью рукоятки или дистанционно, подачей сигнала на электропривод.

Включение выключателя после взвода осуществляется оператором вручную, воздействием на кнопку включения, или дистанционно, с помощью электромагнита включения.

Выключение осуществляется оператором вручную, воздействием на кнопку выключения, или дистанционно, с помощью команды на независимый или минимальный расцепитель напряжения. Автоматическое отключение в случае возникновения перегрузки или короткого замыкания производится по командному сигналу от микропроцессорного блока.

Основные узлы и агрегаты представлены на рис. 3.

Рис. 3. Основные узлы и агрегаты

Контактная и дугогасительная системы

Контактная система выключателя представляет собой систему из подвижных и неподвижных контактодержателей, оснащенных износо­устойчивыми металлокерамическими контактами, устойчивыми к эрозии при протекании токов короткого замыкания больших величин, обеспечивающих надежное контактирование после отключения токов КЗ.

Дугогасительные камеры установлены в каждом полюсе выключателя и обеспечивают эффективное гашение дуги при отключении выключателем токов короткого замыкания больших величин.

Стационарные выключатели отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. Однако они не столь удобны в техническом обслуживании, как выкатные выключатели: требуется существенно больше времени на контроль и ремонт.

Выключатели выкатного исполнения имеют разобщающиеся контакты основной и вспомогательных цепей в специальном выдвижном отсеке. Фиксированный отсек состоит из правой и левой пластин (с направляющими), основания и поперечного элемента.

На основании расположены направляющие для вкатывания и выкатывания аппарата и указатель положения аппарата. В верхней части основания расположены неподвижные контакты для подключения вторичной цепи. При выдвижении автоматического выключателя выводные шины на корзине и шины выключателя разделяются изолирующими шторками.

Существует три положения выключателя с выдвижным элементом:

• «рабочее» — главная и вспомогательная цепи включены, изолирующая шторка открыта;
• «испытание и наладка» — главная цепь отключена, изолирующая шторка закрыта; включена только вспомогательная цепь для проведения тестирования;
• «выкачено» — главная и вспомогательная цепи отключены, изолирующая шторка закрыта.

За счет конструкции выключателей предусмотрена возможность фиксации выключателей в данных положениях с помощью навесного замка для исключения возможности несанкционированного изменения положения.

Рис. 4. Расцепитель

Микропроцессорные расцепители тока (МРТ)

МРТ (рис. 4) предназначены для формирования и регулирования защитной характеристики выключателей в зоне токов перегрузки и короткого замыкания, а также для преобразования и выдачи на дисплеи и телеметрические каналы информационных данных. Микропроцессорные блоки защиты и управления позволяют информировать эксплуатирующий персонал о состоянии нагрузки и параметрах защищаемой сети, в том числе отдельно по каждой фазе, о причинах автоматического отключения сети выключателем, о состоянии самого выключателя и его главных контактов посредством индикации на дисплее блока и о возможности передачи основной информации по каналам телеметрии на диспетчерский пульт системы управления.

Электронный блок управления данной серии является основным узлом защиты автоматических выключателей ВА-45 серии PROxima.

Микропроцессорный блок является отдельным элементом, который устанавливается в корпус автоматического выключателя и при срабатывании приводит в действие механизм расцепления автомата.

Электронный блок управления данной серии используется для защиты распределительных сетей, электродвигателей и для защиты генераторов, помогает избежать аварий на линиях и аварий оборудования, потребляющего электроэнергию, вследствие его перегрузок по току короткого замыкания или замыкания на землю.

Электронный блок соответствует стандартам IEC947-2, GB14048.2 и проходит стандартные тесты низковольтной электротехнической продукции государственного уровня, а также тесты стандарта EMC. Детали и элементы испытываются на старение, и готовая продукция функционирует непрерывно в течение 168 часов в условиях высоких температур, при этом находясь под напряжением, после чего производится ее проверка и выпуск с завода. Этим гарантируется высокое качество и надежность продукции.

Функции электронного блока управления:

1. Защита от перегрузки с долгой выдержкой (0,4–1In; 15–480 с).
2. Защита при коротком замыкании с быстрой выдержкой (0,4–15In; 0,1–4 с).
3. Мгновенное срабатывание при коротком замыкании (4–80In).
4. Контроль токовой нагрузки (индикация трехфазного тока, максимального значения тока, тока нейтрали и тока замыкания на землю).
5. Сигнализация:
   • Световой индикатор срабатывания от токовой отсечки.
   • Световой индикатор срабатывания от кратковременной перегрузки.
   • Световой индикатор срабатывания от длительной перегрузки.
   • Сигнализация уставки тока длительной перегрузки.
   • Сигнализация уставки времени длительной перегрузки.
   • Сигнализация уставки тока кратковременной перегрузки.
   • Сигнализация уставки времени кратковременной перегрузки.
   • Сигнализация уставки токовой отсечки.
   • Индикатор повреждения.
   • Индикатор расцепления.
   • Индикатор тестирования.

6. Амперметр. При нормальных условиях работы контроллера он отображает максимальное значение фазного тока. Например, когда горит индикатор L2 и одновременно индикатор MAX, это значит, что ток на фазе B максимальный. При нажатии на кнопку «ВЫБОР» (Select1) на дисплее поочередно отображается максимальное значение фаз А, В, С, земли и третьей фазы и одновременно с этим индикаторы L1, L2, L3, G и MAX попеременно мигают. Если контроллер находится в режиме срабатывания с выдержкой, то все клавиши блокируются и в этот момент выбор невозможен. Если контроллер находится в режиме оповещения, то выбор функций возможен.
7. Тестирование. Тестирование и обслуживание автоматического выключателя может проводиться в положении «работа» или «тест». Возможно проведение тестов таких свойств контролера, как замыкание, срабатывание с задержкой по времени, короткой выдержкой, мгновенное срабатывание, причем тестов двух видов: с отключением и без отключения. Первый приводит к коммутации автомата, а второй — нет. Если в процессе тестов произойдет перегрузка или короткое замыкание, система автоматически перейдет из режима теста в режим срабатывания с выдержкой.
8. Вывод индикации состояния и причины срабатывания. После того как контроллер посылает сигнал расцепления, автомат срабатывает. Если контроллер остается под напряжением, то он находится в режиме индикации отказов
   (в случае отсутствия постороннего вмешательства на дисплее отображается время выдержки при срабатывании). Нажимая в этот момент на кнопку «выбор», можно поочередно проверить ток отказа и время отказа; в то же время световые индикаторы на панели указывают категорию отказа.
9. Защита от однофазного замыкания на землю.
10. Самодиагностика. Функция самодиагностики электронного блока управления ВА-45 используется главным образом для контроля и защиты рабочего состояния и среды функционирования самого контроллера. Сигнальный контакт прибора должен использоваться в параллельном соединении со вспомогательными контактами (постоянно разомкнутыми) автоматического выключателя. Когда контроллер не находится под напряжением, данные контакты постоянно замкнуты, в нормальных условиях работы постоянно разомкнуты. Если происходит отказ самодиагностики, контакты замыкаются.
11. Контроль температуры среды (сигнал подается при температуре выше 80 °С).
12. Контроль питания:
    • Самогенерирующееся питание: энергия поступает из трансформатора тока, а также обеспечивается за счет тока, проходящего по верхнему слою шины главного контура автоматического выключателя.
    • Вспомогательное питание: 230 VAC, энергия поступает через первую клемму колодки МРТ.
    • Питание постоянного тока 24 В: данный ток подается через гнездо для постоянного тока 24 В на контрольной панели. Оттуда поступает в источник постоянного тока 18–28 В, обеспечивая нормальную работу контроллера. Данное питание используется при тестах и регулировке параметров.

Рис. 5. Схема коммутации вторичных цепей и цепей управления

Различные конфигурации вторичных цепей и цепей управления позволяют дистанционно получать информацию о состоянии автоматического выключателя и управлять им. Рассмотрим представленные на рис. 5 конфигурации:

I — главные цепи выключателя;

II — модуль защиты от сверхтоков;

III — модуль цепей вспомогательных контактов;

IV — микропроцессор;

V — разъем процессора.

Индикаторы:

Л1 — индикатор отключения повреждения на линии;

Л2 — индикатор состояния взвода механизма;

Л3 — индикатор отключенного состояния выключателя;

Л4 — индикатор включенного состояния выключателя.

Кнопки управления:

Кн1 — кнопка команды на отключение выключателя;

Кн2 — кнопка команды на включение выключателя;

3–5 — переключающий контакт (SDE) отключения по аварии;

6–7; 8–9 — сигнализация положения главных контактов;

AX — вспомогательные контакты выключателя (четыре переключающих контакта);

Q — минимальный расцепитель напряжения; выводы 27 и 28 должны быть обязательно подсоединены в главную цепь;

F — независимый расцепитель;

Х — электромагнит включения;

М — мотор-редуктор взведения привода;

SA — конечный выключатель взвода привода;

XT — выводы (клеммные зажимы) цепей вторичной коммутации автоматического выключателя;

FU — плавкий предохранитель.

По способу защиты от поражения током выключатели серии ВА-45 соответствуют классу 0 по ГОСТ 12.2.007.0-75 и должны устанавливаться в распределительное оборудование, имеющее класс защиты не ниже 1. Распределительное оборудование должно иметь степень защиты от воздействия факторов внешней среды не ниже IP30 по ГОСТ 14254-96.

Также автоматический выключатель ВА-45 серии PROxima соответствует требованиям ГОСТ 50030.2-2010 при соблюдении потребителем условий эксплуатации, транспортировки и хранения. Гарантийный срок эксплуатации данного силового автомата составляет 5 лет.

Силовые воздушные автоматы ВА-45 серии PROxima, благодаря своей надежности, неприхотливости в эксплуатации и выгодной цене, нашли свое применение в водно-распределительных устройствах, главных распределительных щитах, щитах управления мощных потребителей, в строительстве, распределении электрической энергии, промышленности, а также на объектах сельского хозяйства.