Устройство и принцип работы выключателя нагрузки; разбираемся во всех нюансах

Назначение ВН — коммутация рабочих токов в электроустановках, то есть мощностей, которые не превышают допустимые (номинальные) значения для того или иного участка электрической сети. Данное устройство не рассчитано на отключение токов аварийного режима, поэтому его можно устанавливать только при условии наличия в цепи защиты от короткого замыкания и перегрузки, которая реализуется плавкими предохранителями (ПК, ПКТ, ПТ) или защитным аппаратом, установленным со стороны источника питания или на группе потребителей.

При этом ВН имеет отключающую способность, которая соответствует электродинамической стойкости при коротких замыканиях, что позволяет использовать данный электрический аппарат для подачи напряжения на участок электрической сети, не зависимо от его текущего состояния, например, для пробного включения.

Таким образом, при условии наличия в цепи защиты от сверхтоков рассматриваемый элемент оборудования может эксплуатироваться как полноценный высоковольтный защитный аппарат (масляный, вакуумный или элегазовый). А при наличии моторного привода может участвовать в работе различных автоматических устройств (АВР, АПВ, АЧР, ЧАПВ), а также управляться удаленно автоматизированной системой диспетчерского технологического управления.

Экономия при эксплуатации вакуумных выключателей

• Чтобы проверить вакуумный выключатель, не нужно масляного и компрессорного хозяйства, соответственно не нужно тратить деньги на их содержание, как в случае с другими типами выключателей.
• Также вакуумная камера, в которой гасится электрическая дуга, не требует никакого пополнения внутренней среды, как в случае масляного или элегазового выключателя.
• Также вакуумные выключатели отличаются высокой коммутационной износостойкостью, благодаря чему можно сократить расходы на его обслуживание.
• За счет этого сокращаются и перерывы в электроснабжении из-за редко проводимых регламентных работ.

Выбор автоматического выключателя. ВТХ.

Прежде всего существуют различные время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей. Подробно мы их разобрали в одной из наших прошлых статей, кому интересно, советуем обязательно ознакомиться, — тут.

Время токовые характеристики автоматических выключателей B C D.

Если рассмотреть вопрос более обобщённо, то можно выделить, несколько основных характеристик: B, С, D. В свою очередь, данные характеристики определяют при какой величине тока, автомат отключится мгновенно. Параметры отключения для характеристик B, С, D:

1. B — от 3 до 5 ×In;
2. C — от 5 до 10 ×In;
3. D — от 10 до 20 ×In.

In — это номинальный ток автоматического выключателя. То есть мы берём номинальный ток автомата, например 16А и получаем следующие данные:

1. Автоматический выключатель с характеристикой B16 отключится мгновенно при величине тока от 48 до 80 А;
2. Автомат с характеристикой С16 отключится мгновенно при токе от 80 до 160 А;
3. Автомат с характеристикой D16 отключится мгновенно при токе от 160 до 320 А.

Стоит отметить, что автоматические устройства с характеристикой D используются в основном в промышленности. Например, в бытовых сетях используются в основном устройства с характеристикой B и С.

Автоматы с характеристикой С используются для обеспечения защиты групповых линий и отдельных устройств с большим пусковым током. Автоматы с характеристикой B в основном используются для реализации защиты линий освещения и устройств с низким пусковым током.

Селективность автоматических выключателей.

Несомненно, при выборе устройства автоматического отключения важно уделить внимание такому параметру, как селективность. Под селективностью подразумевается такое техническое решение, при котором в случае неисправности отключается непосредственно неисправная линия, а не к примеру групповая линия. Как правило, селективность реализуется двумя способами:

1. Выбор номинального тока автоматического выключателя;
2. выбор характеристики автоматического выключателя;

Для групповых линий следует выбирать автоматы с характеристикой С и с большим номинальным током (расчётным током в групповой линии). Для питающей линии одной нагрузки следует выбирать автоматы с характеристиками B и С, при этом если нагрузка имеет низкий пусковой ток, то следует выбрать устройство с характеристикой B.

Выбор автоматического выключателя. Полюсы автоматов.

Как известно, в зависимости от напряжения в сети, для защиты устройств и питающих кабелей могут использоваться следующие автоматические выключатели:

1. Однополюсные;
2. двухполюсные.

Для сети 400 В (380В):

1. Трёхполюсные;
2. четырёхполюсные.

С одной стороны, однополюсные и трёхполюсные автоматы коммутируют фазные проводники. С другой стороны, двухполюсные и четырёхполюсные автоматические выключатели помимо фазных проводников, коммутируют также и нулевые проводники.

Важно! Нельзя отключать нулевой проводник без отключения фазного! Запрещено подключение нулевого проводника к однополюсному автоматическому выключателю.

Выбор автоматического выключателя. Производители автоматов.

Выбор автоматического выключателя по производителю.

Бесспорно, многие задаются вопросом, какой марки автоматический выключатель выбрать? Во-первых, следует определится с сегментном и имеющимся бюджетом. К примеру, ведущими игроками в премиум сегменте являются следующие производители:

1. ABB — устройства шведско-швейцарской компании. Как известно, на текущий момент являются лидером по качеству, надёжности и соответственно по дороговизне автоматических устройств;
2. Legrand (Франция) — устройства во многом схожи с ABB по качеству и цене, — надёжные автоматические выключатели;
3. Schneider Electric (Франция) — отличные устройства, которые хорошо себя зарекомендовали на рынке стран СНГ.

А вот автоматические выключатели среднего ценового сегмента:

1. Moeller (Eaton) — немецкий бренд. Безусловно, качественные автоматические выключатели по приемлемой стоимости;
2. Siemens — немецкий бренд. Выпускает также качественную автоматику, которая немногим уступает ABB, Legrand и Schneider Electric.

В частности, автоматы бюджетного сегмента представлены в большом количестве, в эту категорию попадает много устройств от китайских производителей. Одним словом, можно выделить несколько «более или менее» вменяемых брендов: КЭАЗ, DEKraft , IEK. Однако, мы бы Вам рекомендовали использовать автоматические выключатели из премиум сегмента или среднего ценового сегмента.

Выключатели нагрузки ВНВР-10/630, ВНВР-10/1000

Выключатель нагрузки вакуумный ВНВР-П(Л)-10/630-I(II)(III)-20з(зп) УХЛ2 предназначен для коммутации под нагрузкой цепей трехфазного тока 630 А (1000 А) частотой 50 Гц, номинальным напряжением 6-10 кВ.

ВНВР применяется в шкафах комплектных распределительных устройств КРУ, в комплектных трансформаторных подстанциях КТП, и камерах одностороннего обслуживания КСО. Для гашения дуги установлены вакуумные дугогасительные камеры.

Управление выключателем осуществляется при помощи ручного привода ПР-10, а при расположении выключателя на боковой стенке щита, приводом ПРТ-13

Предусмотрено три варианта исполнения выключателя нагрузки по расположению заземляющих ножей.

I — выключатель с заземляющими ножами со стороны неподвижных контактов;
II — выключатель с заземляющими ножами со стороны подвижных контактов;
III — выключатель с заземляющими контактами с двух сторон.

Для установки высоковольтных предохранителей серии ПТ существует модификация выключателя ВНВР, укомплектованного дополнительной рамой и контактами-основаниями КО-1, КО-2, КО-3 или КО-4.

Условное обозначение выключателя нагрузки ВНВР

• В – выключатель;
• Н – нагрузки;
• В – вакуумный;
• Р – разъединяющий;
• I, II, III – расположение заземляющих ножей сверху, снизу, с двух сторон;
• 10 – номинальное напряжение, кВ;
• 630 – номинальный ток, А (630, 1000);
• 20 — предельный сквозной ток, кА;
• з, зп — с заземляющими ножами, с заземляющими ножами и предохранителями;
• УХЛ2 – климатическое исполнение и категория размещения.

Номинальные токи разных устройств

Вот какой ток потребляют некоторые приборы:

1. электроплита: мощность — от 1,2 до 6 кВт, cosϕ = Номинальный ток: от 1200 / 220 = 5,45 А до 6000 / 220 = 27,25 А;
2. обогреватель: 0,5 — 2 кВт, cosϕ = 1. Ток — от 2,3 А до 9,2 А;
3. пылесос: 0,5 – 2 кВт, cosϕ = 0,9. Ток: от 500 / (220 * 0,9) = 2,52 А до 2000 / (220 * 0,9) = 10,1 А;
4. утюг: 1–2 кВт, cosϕ = 1. Ток: 4,6–9,2 А;
5. фен для волос: 0,6–2 кВт, cosϕ = 1. Ток: 2,76–9,2 А;
6. телевизор: 0,1–0,4 кВт, cosϕ = 1. Ток: 0,46–1,84 А.

Выключатели вакуумные ВВН-СЭЩ-35 ГОСТ 687

Вакуумные выключатели серии ВВН-СЭЩ-35 предназначены для коммутаций электрических цепей в нормальных и аварийных режимах в сетях трёхфазного переменного тока частотой 50 Гц с изолированной или частично заземленной нейтралью напряжением 35 кВ.

Выключатели серии ВВН-СЭЩ-35 применяются как комплектующие для открытых и закрытых распределительных устройств 35 кВ комплектных трансформаторных подстанций КТПБ-СЭЩ-110/35/10(6), а также для расширения существующих подстанций и при реконструкции.

Технические характеристики

ТУ 3414-054-00110473-2003

Выключатель имеет встроенный взаимозаменяемый электромагнитный или пружинно-моторный привод. При замене одного привода другим, узлов адаптации не требуется.

При разработке выключателей учитывался уровень лучших отечественных и зарубежных аппаратов.

В В Н-СЭЩ-Э(П)-3 5 — 3 1 , 5

Конструктивные особенности и преимущества вакуумных выключателей ВВН-СЭЩ-35:

Конструктивной особенностью выключателя является его универсальность – возможность установки электромагнитного или пружинно-моторного привода.

Возможность ручного взвода пружин для включения выключателя под нагрузку при отсутствии оперативного тока (только для пружинно-моторного выключателя).

Нечувствительность к посадкам напряжения, в том случае, когда выключатель выключает короткозамкнутую линию.

Простота конструкции. Высокая надежность.

Высокий коммутационный ресурс.

Для лучшего теплоотвода в полюсе ВВН-СЭЩ-35 использован эффект естественной конвекции. На выключателе с номинальным током до 1000 А нет необходимости устанавливать теплоотводящие радиаторы, соответственно конструкция получилась более дешевой и надежной.

Наличие счетчика числа циклов срабатывания выключателя.

Наличие индикации положения выключателя – включен/отключен, пружинный привод готов/не готов к работе.

Наличие встроенных в привод выключателя расцепителей.

Единый конструктив для всех типов выключателей, выключатели с электромагнитным и пружинно-моторным приводом имеют одинаковые присоединительные размеры.

Внутренняя поверхность камеры выключателя — ребристая. Это улучшает диэлектрические характеристики выключателя и уменьшает вероятность пробоя во внутренней поверхности полюса выключателя.

В блоке управления установлены нагревательные элементы — ТЭНы, которые нагреваются до температуры не более 80 градусов, что исключает вероятность возникновения пожаров и исключает возможность ожогов или случайного касания ТЭНов обслуживающим персоналом.

Вакуумная камера нового поколения имеет ряд конструктивных особенностей и преимуществ:

Вакуумная камера нового поколения имеет уникальные технические характеристики — между контактами камеры создается аксиальное магнитное поле, что позволяет улучшить отключающие свойства.

Контакты конструктивно выполнены из нескольких различных материалов. В центральной части контакта использован материал, обладающий высокой теплопроводностью и теплоемкостью. У него несколько большее сопротивление по сравнению с материалом, расположенным в крайних частях поверхности контакта. За счет этого достигается оптимальное распределение электрического поля, что позволяет улучшить теплоотвод с контактов камеры.

Структура условного обозначения:

Конструкция:

Общий вид выключателя показан на рисунке. Выключатель состоит из следующих основных частей:

o рамы полюсов (2) с валом выключателя, отключающей пружиной и масляным буфером;

o трёх полюсов (1) с вакуумными дугогасительными камерами;

o блока управления (4) с приводом (5);

o рамы выключателя (3).

Полюс выключателя, состоит из корпусов (2) и (6), камеры (1), гибкого контакта (3) закрепленного к подвижному контакту при помощи гайки и тяги (4).

Привод выключателя по заказу может быть установлен:

o электромагнитный, который преобразует электромагнитную энергию магнитной системы в кинетическую энергию;

o пружинно-моторный, использующий энергию предварительно взведенной пружины. Выключатели могут комплектоваться приводами с органами управления:

o электромагнитом включения (YAC) и электромагнитом отключения (YAT) на напряжение 220 (110) В постоянного или 220 (127) переменного тока и дополнительно набором электромагнитов встроенных расцепителей;

o электромагнитом отключения напряжения с питанием от независимого источника (YAV), номинальное напряжение 220 В постоянного или 220, 127 и 100 В переменного тока;

o электромагнитом отключения с номинальными токами 3 А или 5 А переменного тока (YAA).

Выбор предохранителей для защиты силовых трансформаторов

Основные условия выбора плавких предохранителей силовых трансформаторов является следующие параметры.
Номинальное напряжение предохранителей и их плавких вставок должно быть равно номинальному напряжению сети:

Плавкие предохранители в СССР выпускались на номинальные напряжения, соответствующие ГОСТ 721—77, в том числе на 6; 10; 20; 35; 110 кВ. Номинальное напряжение указывается в наименовании предохранителя, например ПК-6, ПК-10, ПСН-10, ПСН-35 и т. п.

Установка предохранителя, предназначенного для сети более низкого напряжения, т. е. создание условия Uном пр < Uном. с не допускается во избежание к.з. из-за перекрытия изоляции предохранителя. Наряду с этим не допускается без специального указания завода-изготовителя применение предохранителя в сетях с меньшим номинальным напряжением из-за опасности возникновения перенапряжений при отключении к. з.
Номинальный ток отключения выбранного предохранителя должен быть равен или больше максимального значения тока к. з. в месте установки предохранителя:

Применительно к силовым трансформаторам ток /к. макс рассчитывается для трехфазного к. з. на выводах высшего напряжения трансформатора, т. е. там, где установлены плавкие предохранители. При этом режим питающей системы принимается максимальным, что соответствует наименьшему сопротивлению питающей системы до места подключения рассматриваемого трансформатора. Следует учитывать также подпитку места к. з. электродвигателями, включенными на той же секции, что и рассматриваемый трансформатор.
Номинальные токи отключения указаны в ГОСТ и заводских информация.

Предохранители напряжением свыше 1000 В выпускаются с номинальным током отключения от 2,5 до 40 кА (ГОСТ 2213—70). (Прежнее наименование номинального тока отключения — предельно отключаемый ток.)

Выбор плавких предохранителей 10 кВ для защиты трансформаторов

1. По номинальному напряжению: т. е. номинальное напряжение предохранителя Уном.пр дол­жно соответствовать номинальному напряжению сети: Uном = Uном.с
2. По номинальному току отключения: Iо.ном >= Iк.макс т. е. номинальный ток отключения предохранителя по его паспортным данным должен быть больше или равен максимальному значению тока к. з. в месте установки предохранителя. При расчетах токов к. з. следует учитывать подпитку места к. з. электродвигателями.
3. По номинальному току. Номинальный ток предохранителя равен номинальному току заменяемого элемента. Заменяемым, элементом предохранителя с мелкозернистым наполнителем, например типа ПК, считается патрон (один или несколько) с кварцевым песком, плавким.1 элементом, указателем срабатывания или ударным устройством, собранный в заводских условиях.

Номинальный ток предохранителей, защищающих силовые трансформаторы на сторонах 10 и 0,4 кВ, выбирается по таблице

Рекомендуемые значения номинальных токов плавких вставок 1ном вс предохранителей для трехфазных силовых трансформаторов
6/0,4 и 10/0,4 кВ

Примечание Предполагается, что на стороне 0,4 кВ применены предохранители типа ПН-2, на стороне 6 кВ—типа ПК-6, на стороне 10 кВ—типа ПК-10.

Предохранители для защиты трансформатора напряжения по стороне ВН

Трансформаторы напряжения 110 кВ и выше защищают только по стороне низкого напряжения автоматами или предохранителями. Для трансформаторов напряжения 6, 10 и 35 кВ расчет тока для плавкой вставки не производится.

Предохранитель для защиты трансформатора напряжения по стороне ВН выбирается только по классу напряжения. Для каждого класса напряжения выпускают специальные предохранители типа ПКН (ПН) – 6, 10, 35 (в зависимости от класса напряжения), они применяются исключительно для защиты трансформаторов напряжения.

Недостатки защиты трансформаторов на предохранителях

Защита предохранителями конструктивно осуществляется наиболее просто, но имеет недостатки — нестабильность параметров защиты, что может привести к недопустимому увеличению времени срабатывания защиты при некоторых видах внутренних повреждений силовых трансформаторов. При защите предохранителями возникают сложности согласования защит смежных участков сети.