Воздушные автоматические выключатели (ВВ или ACB) — это коммутационные аппараты, предназначенные для защиты низковольтных распределительных сетей (до 690 В) от токов перегрузки и короткого замыкания, а также для оперативных коммутаций. Свое название они получили потому, что гашение электрической дуги происходит в воздушной среде при атмосферном давлении. ACB являются верхним уровнем в иерархии низковольтной защитной аппаратуры и устанавливаются на вводе распределительных устройств.
1. Назначение и область применения
Ключевые функции ACB:
- Защита от сверхтоков: Автоматическое отключение цепи при длительной перегрузке и коротком замыкании (КЗ).
- Оперативные коммутации: Ручное или дистанционное включение/отключение цепи для проведения работ или переключения схем.
- Защита от потери питания (Undervoltage Release): Отключение при значительном падении или исчезновении напряжения в сети.
- Селективность: Согласованная работа с другими аппаратами защиты (нижестоящими автоматами) для отключения только поврежденного участка сети.
Типичные области применения:
- Главные вводные щиты (ГРЩ) зданий и промышленных объектов.
- Вводно-распределительные устройства (ВРУ).
- Распределительные щиты большой мощности.
- Защита мощных электродвигателей, трансформаторов, генераторов.
- Системы автоматического ввода резерва (АВР).
2. Конструкция воздушного автоматического выключателя
Конструкция ACB отличается значительной сложностью и прочностью по сравнению с модульными автоматами.
1. Распределительное устройство (станина):
- Прочный литой корпус из термостойкого пластика или металла.
- Рассчитан на высокие электродинамические усилия при КЗ.
2. Главная контактная система:
- Основные (силовые) контакты: Изготавливаются из материалов с высокой электропроводностью и стойкостью к дуге (медь, серебряные наплавки). Рассчитаны на длительный пропуск номинального тока.
- Дугогасительные контакты: Выполняются из тугоплавких материалов (например, металлокерамики). Принимают на себя основную нагрузку от дуги в момент размыкания.
3. Дугогасительная камера:
- Ключевой узел ACB. Представляет собой набор деионных решеток (пластин) из стального оцинкованного листа.
- Принцип действия: Возникающая при размыкании дуга за счет электромагнитных сил затягивается в решетку, где дробится на множество мелких дуг, интенсивно охлаждается и гаснет.
4. Механизм управления (привод):
- Взводно-расцепляющий механизм: Обеспечивает быстрое, независимое от скорости оператора, срабатывание.
- Привод: Бывает трех типов:
- Ручной (рычажный): Для местного управления.
- Пружинный: Пружина заранее взводится, а затем дистанционно отпускается.
- Электромагнитный (моторный): Для дистанционного и автоматического управления.
5. Расцепители (реле защиты):
Устройства, преобразующие ток в механическое усилие для расцепления механизма.
- Тепловой расцепитель: Биметаллическая пластина, которая изгибается при длительной перегрузке, вызывая срабатывание с обратно-зависимой выдержкой времени.
- Электромагнитный расцепитель (отсечка): Соленоид, сердечник которого втягивается при токе короткого замыкания, обеспечивая мгновенное срабатывание.
- Электронный расцепитель (микропроцессорный): Современный и самый функциональный тип.
3. Электронный расцепитель: Сердце современного ACB
Это интеллектуальный блок, который заменил собой электромеханические тепловые и электромагнитные расцепители.
Принцип действия: С помощью трансформаторов тока постоянно измеряет ток в каждой фазе, обрабатывает данные микропроцессором и формирует сигнал на отключение по заданным уставкам.
Преимущества:
- Высокая точность и стабильность характеристик.
- Настраиваемые уставки: Все параметры защиты (Iр, Iт, Iс, Iкз) программируются.
- Многофункциональность:
- Защита от перегрузки (L): С обратно-зависимой выдержкой времени.
- Защита от КЗ с выдержкой времени (S): Для обеспечения селективности.
- Мгновенная защита от КЗ (I): Для отключения при близких повреждениях.
- Защита от замыкания на землю (G): Обнаружение токов утечки.
- Мониторинг и связь: Измерение тока, напряжения, мощности, энергии. Возможность подключения к системам АСУ (по протоколам Modbus, Profibus и др.).
- Самодиагностика.
- Журнал событий: Запись параметров в момент срабатывания.
4. Основные технические характеристики
- Номинальное рабочее напряжение (Ue): До 690 В AC.
- Номинальный ток (Iu): От 400 А до 6300 А (и более).
- Отключающая способность (Icu): Предельная коммутационная способность (до 150-200 кА). Ток, который выключатель может отключить, оставаясь работоспособным.
- Рабочая отключающая способность (Ics): Обычно 50%, 75% или 100% от Icu. Ток, который выключатель может отключать многократно.
- Класс износостойкости: Количество циклов ВО-ВКЛ без ремонта (механический и электрический).
- Время отключения: Составляет десятки миллисекунд.
5. Исполнения и дополнительные устройства
- По числу полюсов: 3-полюсные и 4-полюсные.
- По способу монтажа: Выдвижное (draw-out) и стационарное исполнение. Выдвижное исполнение позволяет быстро извлечь выключатель для обслуживания, обеспечивает видимый разрыв и рабочие положения (включено, испытания, отключено).
- Дополнительные расцепители:
- Расцепитель минимального напряжения: Отключает выключатель при пропадании питания.
- Дистанционный расцепитель: Позволяет отключить ACB по внешнему сигналу.
- Вспомогательные контакты: Для сигнализации положения и передачи данных.
- Сирена и мигающий указатель: Для сигнализации аварийного отключения.
6. Селективность (избирательность) с ACB
Обеспечение селективности — одна из главных задач ACB на вводе.
- Полная селективность: Нижестоящий аппарат (например, автоматический выключатель в распределительном щите) отключает КЗ в своей зоне, а вводной ACB остается включенным.
- Достигается путем точной настройки врем-токовых характеристик электронного расцепителя (задержка срабатывания на участке S) и использования специальных таблиц селективности от производителя.
7. Сравнение с другими типами выключателей
| Параметр | ACB | Литый выключатель (MCCB) | Модульный автомат (MCB) |
|---|---|---|---|
| Номинальный ток | 400–6300 А | 10–3200 А | 0.5–125 А |
| Отключающая способность | До 200 кА | До 150 кА | До 25 кА |
| Управление | Ручное, моторное, дистанц. | Преимущественно ручное | Ручное |
| Функциональность | Максимальная (электронный расцепитель, мониторинг) | Ограниченная | Базовая |
| Стоимость | Высокая | Средняя | Низкая |
| Применение | Ввод, магистрали | Фидеры, мощные двигатели | Конечные группы |
8. Ведущие производители
- ABB (серия Emax)
- Schneider Electric (серия Masterpact)
- Siemens (серия 3WL/3WT)
- Eaton (серия NZM)
- Legrand
Заключение
Воздушные автоматические выключатели — это высокотехнологичные, мощные и интеллектуальные аппараты, являющиеся краеугольным камнем современной низковольтной распределительной сети. Их эволюция от электромеханических устройств к управляемым микропроцессорным системам позволила не только повысить надежность защиты, но и вывести управление энергопотреблением на качественно новый уровень.
Правильный выбор, настройка и эксплуатация ACB обеспечивают:
- Безопасность электроустановки и персонала.
- Селективность защиты, минимизирующую последствия аварий.
- Бесперебойность электроснабжения.
- Энергоэффективность за счет точного мониторинга параметров сети.
Инвестиции в качественный воздушный выключатель с правильно настроенным электронным расцепителем окупаются за счет повышения надежности всей системы и предотвращения дорогостоящих простоев оборудования.
Комментарии