Обозначение автоматического выключателя на схеме

Первоначальный вопрос, с которым обычно сталкивается каждый электрик, — проектная документация помещения или объекта, который необходимо электрифицировать. Прежде чем приступить к монтажу оборудования, квалифицированный специалист должен ознакомиться с сопровождающими документами.

Оборудование и элементы на схеме могут обозначаться как буквенным, так и графическим изображением. Чертежи разрабатываются в соответствии с ГОСТами и правилами маркировки оборудования и элементов на чертежах и планах. Подробное описание и требования к электрическим схемам приводятся в ГОСТе 2.702-2011 ЕСКД. Кроме графических и буквенных обозначений на схемах проставляют номинальные размеры.

Есть много типов различных схем. В электрике чаще всего используют три основных вида. Функциональные отображают основные узлы устройства, без подробной детализации. Они выглядят как набор отдельных блоков, связанных между собой определенным образом. Схема дает общее представление о работе объекта.

Принципиальная схема содержит подробные указания для каждого элемента, его контакты и связи. Она может описывать как отдельное устройство, так и электросеть. На однолинейных схемах указывают силовые цепи. Способ управления и контроль описывают на отдельном листке. Если устройство не сложное, все размещают на одном документе.

На монтажных схемах указывают элементы и точное их расположение. Если это проводка в квартире или доме, обозначают место установки выключателей, светильников, розеток. Также проставляют расстояния и номиналы. Указывают положение деталей, порядок и способ их соединения.

Устройство защитного отключения (УЗО) и дифавтомат на схеме не имеют определенного геометрического начертания. Для их графического выполнения используют изображение блоков и динамических блоков. Каждому устройству на схеме присваивают буквенную маркировку и указывают позиционный номер.

Кроме того, наносят параметры элементов, которые есть в чертеже. Расписывают основные данные об элементе, чтобы не ошибиться при монтаже и подобрать соответствующее устройство. Эти условные знаки применяют для составления чертежей электроснабжения, силового оборудования и электрического освещения. А также в принципиальной однолинейной схеме электрощитов.

Первопричины внимания к твердотельным выключателям

Прибор класса 10 — 20 кВ видится технологичным прорывом в области цепей питания напряжением средней величины. Устройство обеспечивает чрезвычайно быструю блокировку повреждения, низкие токовые пики, гибкую программируемую координацию, механическую изоляцию. Это ключ надежной и безопасной эксплуатации электрических систем.

Распределение мощности по линиям СНПТ активно исследуется разработчиками энергосистем по нескольким причинам. Во-первых, военно-морские и гражданские суда приводятся в действие:

• силовыми,
• радиолокационными,
• оружейными системами,

требующими питания постоянным напряжением. При этом совокупные габариты и вес всех рабочих стандартных генераторов переменного тока и трансформаторов явно ограничены.

Во-вторых, ожидается, что электропитание в перспективе обеспечат преобразователи энергии, способные интегрировать ряд альтернативных источников и систем хранения, включая:

• энергию ветра;
• солнечную энергию;
• аккумуляторы и маховики, с диапазоном напряжений, частот и уровней мощности.

Каналы постоянного тока идеально подходят для такого рода интеграции, но эти каналы нельзя безопасно развернуть без эффективных твердотельных автоматических выключателей.

В конечном счёте, гибкость систем распределения электроэнергии постоянного тока обещает расширить возможности коммерческих и военно-морских энергетических систем.

Твердотельные автоматические выключатели рассматриваются ключевой технологией для распределения питания. Эти устройства способны блокировать систему при полной нагрузке в микросекундных временных масштабах. В результате токовая составляющая короткого замыкания лишь в несколько раз превышают номинальный параметр нагрузки.

Прежде использование питания постоянным напряжением отмечалось сложностями по причине отсутствия подходящих высоковольтных автоматических выключателей постоянного тока. Теперь требованиям электроустановок доступно соответствие, если использовать быстродействующие твердотельные высоковольтные выключатели.

Концептуальная конструкция прибора с двумя прерывателями: 1, 7 – прерыватели IGBT на 8 МВт (10 кВ); 2 – драйвер затвора IGBT; 3 – резервуар; 4 – деионизированный водяной насос; 5 – реечный привод; 6 – разъёмы шины

Твердотельные выключатели — высоковольтные переключатели

Высоковольтные твердотельные переключатели из серии разработок «Diversified Technologies, Inc» представляют собой последовательные массивы полупроводниковых устройств, работающих как один переключатель.

Концепция достаточно проста, но выполнение требует тщательной синхронизации элементов управления затвором и отведения паразитной энергии, чтобы обеспечивались надежная работа и продолжительный срок службы коммутатора.

Такие массивы могут выстраиваться из нескольких типов полупроводниковых приборов. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT — Insulated Gate Bipolar Transistor) часто рассматривается предпочтительным выбором по причинам:

• широкой коммерческой доступности;
• механической прочности; ;
• низкого энергопотребления для работы привода затвора.

Однако для практических применений с очень высокой мощностью (> 10 МВт), вместо транзистора желательно использовать тиристор с интегрированным затвором (IGCT — Integrated Gate Commutated Thyristor). Причины — низкие потери на проводимость.

На будущее эту же технологию высокого напряжения планируется использовать с устройствами на SiC (карборунд) или GaN (нитрид галлия) по мере доступности элементов.

Такое применение обеспечивает большее снижение потерь проводимости и более широкий диапазон рабочих температур, устраняя необходимость активного охлаждения.

Твердотельные выключатели: мгновенная блокировка неисправности

Полупроводниковое высоковольтное переключение обеспечивает существенный прогресс в работе выключателя, повышая надежность и безопасность энергетической системы.

Поскольку твердотельный коммутатор способен прерывать полный ток в микросекундных временных интервалах, локальная защита от неисправностей полностью обеспечена. Реализуется защита через систему управления непосредственно выключателя, без необходимости внешнего обнаружения неисправности.

Быстродействующие полупроводниковые твердотельные размыкающие выключатели представлены технологией, позволяющей распределять мощность постоянного тока, поскольку эти устройства прерывают ток без образования дуги.

Следовательно, не требуется изменение напряжения. Различия между твердотельным выключателем и механическим выключателем отмечаются сравнением соответствующих графиков времени / тока.

Горизонтальные асимптоты кривых обратного времени графиков наглядно показывают — механические переключатели не способны размыкаться менее чем за несколько миллисекунд. То есть ток при коротком замыкании возрастет до крайне высоких значений (10 кА для системы 10 кВ с общей индуктивностью системы 1 мГн).

Между тем повышение тока для полупроводникового твердотельного переключателя на эту же нагрузку составит всего 10А при времени размыкания 1 мкс. Малый ток короткого замыкания и быстрое время размыкания для твердотельного переключателя не позволят достичь разрушительных уровней энергии.

Разработка схем твердотельных выключателей

Упрощенная структурная схема твердотельного автоматического выключателя показана на картинке ниже. Твердотельный автоматический выключатель содержит последовательный ряд твердотельных компонентов, безопасно обрабатывающих напряжения шины постоянного тока.

Быстро скоординированное контроллером обратное время обеспечивает сигнал возбуждения затвора для переключения твердотельного выключателя, синхронное открывание / закрывание.

Быстродействующий контроллер обратного времени получает команды либо от других твердотельных автоматических выключателей сети, либо от быстродействующих датчиков обнаружения токов локальных повреждений.

Структурная схема: 1 – медленный коммутатор системы; 2 – быстродействующий контроллер обратного времени; 3, 4 – модули защиты; 5 – сенсор (датчик) тока; А – другие твердотельные выключатели; B – фаза линии; C – нейтраль линии; D – цепи системы; E – контроль тока; F – серия разрядников

Контроллер обратного времени обеспечивает управление временем обратного отключения для состояний максимального тока и быстрое мгновенное отключение при достижении предела максимального тока.

Эти рабочие параметры допустимо регулировать для каждого твердотельного выключателя, в зависимости от положения в сети, обеспечивая упорядоченную, последовательную реакцию на неисправные состояния.

Функции твердотельного прерывателя (выключателя)

Полупроводниковый твердотельный прерыватель обеспечивает основную функциональность всей сборки автоматического выключателя: быструю защиту от замыканий и надёжную изоляцию.

Полная сборка автоматического твердотельного выключателя также должна обеспечивать безопасное отключение прерывателя от электросети, когда требуется техническое обслуживание или сервис.

Выбранная концепция конструкции для прерывателя среднего напряжения постоянного тока представляет собой устройство нагрузки на основе IGBT компонента, который выдерживает ток до 800А при напряжении 10 кВ.

Используются последовательные комбинации силовых устройств управления напряжением шины СНПТ. Параллельные массивы этих сборок используются для удовлетворения общих требований к току нагрузки.

Предварительная схема твердотельного прерывателя (выключателя) цепи уровня нагрузки 8 МВт показана на картинке ниже. Твердотельный прерыватель содержит шесть элементов IGBT 4500В (CM900HB-66H), соединенных последовательно.

Прерыватель твердотельный мощностью 8 МВт имеет размеры ширины-высоты-глубины: 58х22х27 см и весит около 27 кг. Элементы IGBT установлены на алюминиевых плитах с водяным охлаждением, которые, в свою очередь, установлены на механически изолированной раме.

Концепция на схему твердотельного прерывателя IGBT 10 кВ, 8 МВт (800 А). Элементы IGBT устанавливаются на охлаждаемые водой пластины. Неметаллические водяные линии между соседними пластинами рассчитаны выдерживать полное напряжение выключателя

Неметаллические водопроводы достаточно резистивные, чтобы ограничивать утечку тока по линиям. Поэтому требуется небольшая замкнутая система охлаждения и долговечный ионообменный картридж для поддержания удельного сопротивления охлаждающей воды.

Твердотельные выключатели + топология распределения тока

Как при традиционном распределении переменного тока, автоматический твердотельный выключатель постоянного тока допустимо использовать в простой системе радиального распределения. Электроэнергия подключается к центральной линии распределительного устройства, а затем распределяется по различным нагрузкам.

В схеме распределения постоянного тока каждая нагрузка изолируется от центральной шины диодами, так как твердотельные автоматические выключатели требуют однонаправленной проводимости.

Например, предполагается, что корабли ВМФ следующего поколения станут использовать комбинацию радиального и кольцевого распределения электрических шин. Порты и шины правого борта предполагают радиальное распределение.

Однако связь с носовой частью и кормой корабля предполагается осуществлять при помощи автоматических твердотельных выключателей. Исполнение твердотельных автоматических выключателей рассчитано на проводимость в обоих направлениях.

Принцип работы индуктивного датчика

Индуктивный датчик является дискретным. Сигнал на его выходе появляется, когда в заданной зоне присутствует металл.

В основе работы датчика приближения лежит генератор с катушкой индуктивности. Отсюда и название. Когда в электромагнитном поле катушки появляется металл, это поле резко меняется, что влияет на работу схемы.

Поле индукционного датчика. Металлическая пластина меняет резонансную частоту колебательного контура

И схема, содержащая компаратор, выдаёт сигнал на ключевой транзистор или реле. Нет металла – нет сигнала.

Схема индуктивного npn датчика. Приведена функциональная схема, на которой: генератор с колебательным контуром, пороговое устройство (компаратор), выходной транзистор NPN, защитные стабилитрон и диоды

Большинство картинок в статье – не мои, в конце можно будет скачать источники.

3. Контакты реле.

В зависимости от конструктивных особенностей контакты промежуточных реле бывают нормально разомкнутые (замыкающие), нормально замкнутые (размыкающие) или перекидные.

3.1. Нормально разомкнутые контакты.

Пока напряжение питания не подано на катушку реле, его нормально разомкнутые контакты всегда разомкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты замыкаются, замыкая электрическую цепь. На рисунках ниже показана работа нормально разомкнутого контакта.

3.2. Нормально замкнутые контакты.

Нормально замкнутые контакты работают наоборот: пока реле обесточено, они всегда замкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты размыкаются, размыкая электрическую цепь. На рисунках показана работа нормально разомкнутого контакта.

3.3. Перекидные контакты.

У перекидных контактов при обесточенной катушке средний контакт, закрепленный на якоре, является общим и замкнут с одним из неподвижных контактами. При срабатывании реле средний контакт вместе с якорем перемещается в сторону другого неподвижного контакта и замыкается с ним, одновременно разрывая связь с первым неподвижным контактом. На рисунках ниже показана работа перекидного контакта.

Многие реле имеют не одну, а несколько контактных групп, что позволяет осуществлять управление несколькими электрическими цепями одновременно.

К контактам промежуточных реле предъявляются особые требования. Они должны иметь малое переходное сопротивление, большую износоустойчивость, малую склонность к привариванию, высокую электропроводность и большой срок службы.

В процессе работы контакты своими токоведущими поверхностями прижимаются друг к другу с определенным усилием, создаваемым возвратной пружиной. Токоведущая поверхность контакта, соприкасающаяся с токоведущей поверхностью другого контакта называется контактной поверхностью, а место перехода тока из одной контактной поверхности в другую называется электрическим контактом.

Соприкосновение двух поверхностей происходит не по всей кажущейся площади, а лишь отдельными площадками, так как даже при самой тщательной обработке контактной поверхности на ней все равно будут оставаться микроскопические бугорки и шероховатости. Поэтому общая площадь соприкосновения будет зависеть от материала, качества обработки контактных поверхностей и усилия сжатия. На рисунке показаны контактные поверхности верхнего и нижнего контактов в сильно увеличенном виде.

В месте перехода тока с одного контакта в другой возникает электрическое сопротивление, которое называется переходным сопротивлением контакта. На величину переходного сопротивления существенное влияние оказывает величина контактного нажатия, а также сопротивление окисных и сульфидных пленок, покрывающих контакты, так как они являются плохими проводниками.

В процессе длительной работы поверхности контактов изнашиваются и могут покрываться налетами копоти, окисными пленками, пылью, непроводящими частицами. Также износ контактов может быть вызван механическими, химическими и электрическими факторами.

Механический износ происходит при скольжении и ударах контактных поверхностей. Однако главной причиной разрушения контактов являются электрические разряды, возникающие при размыкании и замыкании цепей в особенности цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой. В момент размыкания и замыкания на контактных поверхностях происходят явления плавления, испарения и размягчения контактного материала, а также перенос металла с одного контакта на другой.

В качестве материалов для контактов реле применяют серебро, сплавы твердых и тугоплавких металлов (вольфрам, рений, молибден) и металлокерамические композиции. Наибольшее применение получило серебро, обладающее малым контактным сопротивлением, высокой электропроводностью, хорошими технологическими свойствами и относительно невысокой стоимостью.

Следует помнить, что абсолютно надежных контактов нет, поэтому для повышения их надежности применяют параллельное и последовательное включение контактов: при последовательном включении контакты могут разорвать большой ток, а параллельное включение повышает надежность замыкания электрической цепи.

Рубильник ABB SD200.

Рубильники серии SD200 относительно новые, и начали выпускать их с 2016 года. Внешне они почти неотличимы от старой копии серии Е200.

Но это только внешне. Многим известно, что серия Е200 имела конструктивный косяк, и поэтому были заменены на новую серию.

Как следует из названия серии SD200, рубильник ABB также, как и автомат S200, в зависимости от последней цифры, разделяется по количеству полюсов:

• SD201 – однополюсный,
• SD202 – двухполюсный,
• SD203 – трехполюсный,
• SD204 – четырехполюсные.

На фото также показан пример 2-хполюсного рубильника. Такие рубильники SD201 и SD202 удобно использовать в однофазных щитах, т.к. они занимают меньше места, чем ОТ63, который займет не менее 3-х модулей.

Рубильник ABB SD200 выпускается на номинальные токи: 16, 25, 32, 40, 50 и 63А. К нему подходят все дополнительные контакты, предназначенные для модульки ABB.

Виды выключателей.

Описанная выше работа однополюсного переключателя применима к самому простому механизму. Безусловно, их намного больше, но можно предположить, что большинство переключателей, использующихся дома, являются однополярными, т.е. они соединяются в одной цепи. Собственно говоря, двухполюсные переключатели используются для одновременного включения и выключения двух цепей. В частности, они чаще применяются на промышленных предприятиях, чем в бытовых условиях дома. По виду двухполюсный выключатель такой же, как однополюсный.

Классические виды выключателей. Кликабельно.

Быстродействующий выключатель электровоза

БВ отлично подходят для отключения тяговых двигателей при разнообразных их неисправностях. Они часто используются на электровозах. К примеру, на ЧС2 устанавливается такой тип БВ, как 12НС. Он имеется пневматический привод, а конструкция состоит из таких основных узлов, как несущая рама, отключающее реле автоматического контактного типа, устройство гашения дуги, пневмопривод, и блокировочные или же вспомогательные контакты.

Номинальное рабочее напряжение быстродействующего выключателя для электровоза такого типа — 3 кВ, а номинальный ток — 2 кА.