Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы. Разновидности и установка расцепителей автоматических выключателей Электронный расцепитель

С помощью автоматических выключателей осуществляется многоразовая защита электроустановок от коротких замыканий и перегрузок. В отдельных случаях, эти устройства могут срабатывать при недопустимых снижениях напряжения и других аномальных состояниях. Одним из основных характеристик прибора является ток расцепителя автоматического выключателя. Для того, чтобы правильно понимать значение этого параметра, необходимо знать, что такое расцепитель и как он работает.

Назначение и принцип действия расцепителей

Непосредственная электрической цепи осуществляется с помощью подвижного и неподвижного контактов. В подвижном контакте имеется пружина, обеспечивающая быстрое расцепление контактов. Для приведения в действие механизма расцепления существуют два вида расцепителей.

Тепловой расцепитель , по сути, является биметаллической пластиной, которая нагревается при протекании тока. Когда ток превышает допустимое значение, происходит изгиб пластины и расцепляющий механизм начинает действовать. Время его срабатывания находится в зависимости от тока. Минимальное значение электротока, когда срабатывает расцепитель, имеет величину в 1,45 от значения тока уставки. Срабатывания настраивается с помощью специального регулировочного винта. После того, как пластина остынет, автомат будет полностью готов к последующему использованию.

Электромагнитный расцепитель обладает мгновенным действием и носит еще одно название отсечки. Это соленоид с подвижным сердечником, который и приводит в действие расцепляющий механизм. При протекании тока через обмотку происходит втягивание сердечника, если токовое значение превышает заданный порог. Срабатывание происходит мгновенно, в этих случаях превышение электротока может составлять 2-10 раз от номинального значения.

Характеристика тока расцепителя

Ток расцепителя автоматического выключателя имеет определенное значение, при котором происходит автоматическое отключение устройства. Это значение определяется произведением номинального тока в основной цепи и величины уставки тока срабатывания. Уставка может иметь заводские настройки или настраиваться вручную.

Ток в тепловом расцепителе должен быть не более номинала. Как только номинальное значение будет превышено, произойдет срабатывание автомата. Скорость срабатывания полностью зависит от времени прохождения электротока с превышенным номиналом.

Электромагнитный расцепитель срабатывает мгновенно, это характерно, в основном, для коротких замыканий в защищаемой линии.

Испытание автоматов АВВ, Hager и EKF

Как работает автоматический выключатель

Нормальный рабочий режим автомата при номинальном или низком токе. Рабочий ток проходит по верхней клемме автомата, через подвесной контакт, по катушке электромагнитного расцепителя, затем проходит тепловой механизм расцепителя и нижнюю клемму автомата. При размерах тока превышающих номинал, срабатывает электромагнитная или тепловая защита.

Разновидности автоматических выключателей

С целью защиты от перегрузки по току в автомате используется тепловой расцепитель как защита от перегрузки, — это биметаллическая узкая полоса пластины собранная из двух типов сплавов, имеющих разные коэффициенты температурного расширения.

Составная биметаллическая пластина нагревается протекающим током и выгибается в сторону металла с маленьким расширением. Когда ток больше номинальной величины, то со временем пластина выгибается настолько, что этого изгиба хватает для реагирования тепловой защиты. Время, при котором среагирует расцепитель, зависит от степени превышения относительно номинального тока.

При значительном увеличении от номинала тока, тепловая защита отключит автомат быстрее, чем при малом превышении от номинала. Второй тип защиты автомата срабатывает на короткое замыкание в нагрузке – это электромагнитный расцепитель. Он состоит из медной катушки с металлическим сердечником. Относительно величины проходящего тока растет и электромагнитное поля катушки, которое намагничивает стальной сердечник.

Демонстрация механизмов автомата

Намагниченный сердечник притягивается, преодолевая усилие удерживающей его пружины, толкает механизм электромагнитной защиты и разрывает контакты. Номинального тока и тока немного выше не хватает для намагниченности сердечника, чтобы сработал механизм расцепителя. А ток короткого замыкания создает намагниченность сердечника достаточную для отключения автомата за сотые доли секунды или даже меньше.

Защита автомата при разных перегрузках

Механизм теплового расцепителя не сработает при небольшом и недолгом токе выше номинального. При большой продолжительности тока больше номинального сработает тепловой расцепитель. Время, отключения автомата тепловой защитой, может доходить до часу.

Механизмы автоматического выключателя

Временная задержка позволяет не отключать автоматы при значительных пусковых токах двигателя и кратковременных бросках тока. тепловых расцепителей зависит также от окружающей температуры. При повышенных температурах тепловая защита отработает быстрее, чем на холоде.

Вызвать перегрузку можно включением нескольких бытовых приборов — это чайник, стиральная машина, кондиционер, электроплита. При перегрузке автомат отключается, но сразу включить его невозможно, нужно ждать, чтобы остыла биметаллическая пластина.

Работа автомата при коротком замыкании

Большие токи короткого замыкания могут оплавить электропроводку или сжечь изоляцию. Чтобы сохранить электропроводку, используют электромагнитный расцепитель . При коротких замыканиях механика электромагнитного расцепителя срабатывает мгновенно, защищая электропроводку, и она не успевает нагреться.

Однако во время размыкания контактов появляется электрическая дуга с огромной температурой. Для защиты от обгорания контактов, разрушения корпуса предназначена дугогасительная камера. Конструктивно камера состоит из элемента с набором медных тонких пластин с небольшим зазором.

Электромагнитная и тепловая защита автоматического выключателя

Электрическая дуга касаясь набора пластин через медный провод соединенного с контактом, рассыпается на части, остывает и исчезает. При коротком замыкании образуются газы, которые выходят через отверстия в камере. Для повторного включения автомата, нужно устранить причину короткого замыкания, или автомат опять выбъет.

Виновника короткого замыкания можно определить последовательным выключением бытовых электроприборов. Но если после отключения всех приборов короткое замыкание не исчезает, то большая вероятность его происхождения в электропроводке. Состояние короткого замыкания могут вызвать электроосветительные приборы, которые также необходимо отключать.

Автоматическими выключателями называются устройства, задача которых состоит в защите электрической линии от воздействия мощного тока, способного вызвать перегрев кабеля с дальнейшим оплавлением изоляционного слоя и возгоранием. Возрастание силы тока может быть вызвано слишком большой нагрузкой, что происходит при превышении суммарной мощностью устройств той величины, которую кабель может выдержать по своему сечению – в этом случае отключение автомата происходит не сразу, а после того, как провод нагреется до определенного уровня. При КЗ ток возрастает многократно в течение доли секунды, и устройство тут же реагирует на него, мгновенно прекращая подачу электричества в цепь. В этом материале мы расскажем, какими бывают типы автоматических выключателей и их характеристики.

Автоматические защитные выключатели: классификация и различия

Помимо устройств защитного отключения, которые не используются по отдельности, есть 3 типа автоматов защиты сети. Они работают с нагрузками разной величины и отличаются между собой по своей конструкции. К ним относятся:

Модульные АВ. Эти устройства монтируются в бытовых сетях, в которых протекают токи незначительной величины. Обычно имеют 1 или 2 полюса и ширину, кратную 1,75 см.

Литые выключатели. Они предназначены для работы в промышленных сетях, с токами до 1 кА. Выполнены в литом корпусе, из-за чего и получили свое название.
Воздушные электрические автоматы. Эти устройства могут иметь 3 или 4 полюса и выдерживают силу тока до 6,3 кА. Используются в электрических цепях с установками высокой мощности.

Существует еще одна разновидность автоматов для защиты электросети – дифференциальные. Мы не рассматриваем их отдельно, поскольку такие устройства представляют собой обычные автоматические выключатели, в состав которых входит УЗО.

Типы расцепителей

Расцепители являются основными рабочими компонентами АВ. Задача их состоит в том, чтобы при превышении допустимой величины тока разорвать цепь, тем самым прекратив подачу в нее электроэнергии. Существует два основных типа этих устройств, отличающихся друг от друга по принципу расцепления:

Электромагнитные.
Тепловые.

Расцепители электромагнитного типа обеспечивают практически моментальное срабатывание автоматического выключателя и обесточивание участка цепи при возникновении в нем сверхтока короткого замыкания.

Они представляют собой катушку (соленоид) с сердечником, втягивающимся внутрь под воздействием тока большой величины и заставляющим срабатывать отключающий элемент.

Основная часть теплового расцепителя – биметаллическая пластина. Когда через автомат проходит ток, превышающий номинальную величину защитного устройства, пластина начинает нагреваться и, изгибаясь в сторону, касается отключающего элемента, который срабатывает и обесточивает цепь. Время на срабатывание теплового расцепителя зависит от величины проходящего по пластине тока перегрузки.

Некоторые современные устройства оснащаются в качестве дополнения минимальными (нулевыми) расцепителями. Они выполняют функцию выключения АВ, когда напряжение падает ниже предельного значения, соответствующего техническим данным устройства. Существуют также дистанционные расцепители, с помощью которых можно не только отключать, но и включать АВ, даже не подходя к распределительному щиту.

Наличие этих опций значительно увеличивает стоимость аппарата.

Количество полюсов

Как уже было сказано, автомат защиты сети имеет полюса – от одного до четырех.

Подобрать для цепи устройство по их числу совсем несложно, достаточно лишь знать, где используются различные типы АВ:

Однополюсники устанавливают для защиты линий, в которые включены розетки и осветительные приборы. Они монтируются на фазный провод, не захватывая нулевого.
Двухполюсник нужно включать в цепь, к которой подсоединена бытовая техника с достаточно высокой мощностью (бойлеры, стиральные машинки, электрические плиты).
Трехполюсники монтируются в сетях полупромышленного масшатаба, к которым могут подключаться такие устройства, как скважинные насосы или оборудование автомастерской.
Четырехполюсные АВ позволяют защитить от КЗ и перегрузок электропроводку с четырьмя кабелями.

Применение автоматов различной полюсности – на следующем видео:

Характеристики автоматических выключателей

Существует еще одна классификация автоматов – по их характеристикам. Этот показатель обозначает степень чувствительности защитного прибора к превышению величины номинального тока. Соответствующая маркировка покажет, насколько быстро в случае возрастания тока среагирует устройство. Одни типы АВ срабатывают моментально, в то время как другим на это понадобится определенное время.

Существует следующая маркировка устройств по их чувствительности:

A. Выключатели этого типа наиболее чувствительны и на повышение нагрузки реагируют мгновенно. В бытовые сети их практически не устанавливают, защищая с их помощью цепи, в которые включено высокоточное оборудование.
B. Эти автоматы срабатывают при возрастании тока с незначительной задержкой. Обычно они включаются в линии с дорогостоящими бытовыми приборами (жидкокристаллические телевизоры, компьютеры и другие).
C. Такие аппараты – самые распространенные в бытовых сетях. Отключение их происходит не сразу после повышения силы тока, а через некоторое время, что дает возможность ее нормализации при незначительном перепаде.
D. Чувствительность этих приборов к возрастанию тока самая низкая из всех перечисленных типов. Их чаще всего устанавливают в щитках на подходе линии к зданию. Они обеспечивают подстраховку квартирных автоматов, и если те по какой-то причине не срабатывают, отключают общую сеть.

Особенности подбора автоматов

Некоторые люди думают, что самый надежный автоматический выключатель – это тот, который может выдерживать наибольший ток, а значит, именно он может обеспечить максимальную защиту цепи. Исходя из этой логики, к любой сети можно подключать автомат воздушного типа, и все проблемы будут решены. Однако это совсем не так.

Для защиты цепей с различными параметрами надо устанавливать аппараты с соответствующими возможностями.

Ошибки в подборе АВ чреваты неприятными последствиями. Если подсоединить к обычной бытовой цепи защитный аппарат, рассчитанный на высокую мощность, то он не будет обесточивать цепь, даже когда величина тока значительно превысит ту, которую может выдержать кабель. Изоляционный слой нагреется, затем начнет плавиться, но отключения не произойдет. Дело в том, что сила тока, разрушительная для кабеля, не превысит номинал АВ, и устройство «посчитает», что аварийной ситуации не было. Лишь когда расплавленная изоляция вызовет короткое замыкание, автомат отключится, но к тому времени может уже начаться пожар.

Приведем таблицу, в которой указаны номиналы автоматов для различных электросетей.

Если же устройство будет рассчитано на меньшую мощность, чем та, которую может выдержать линия и которой обладают подключенные приборы, цепь не сможет нормально работать. При включении аппаратуры АВ будет постоянно выбивать, а в конечном итоге под воздействием больших токов он выйдет из строя из-за «залипших» контактов.

Наглядно про типы автоматических выключателей на видео:

Заключение

Автоматический выключатель, характеристики и виды которого мы рассмотрели в этой статье, является очень важным устройством, которое обеспечивает защиту электрической линии от повреждений мощными токами. Эксплуатация сетей, не защищенных автоматами, запрещена Правилами устройства электроустановок. Самое главное – правильно подобрать тип АВ, который подойдет для конкретной сети.

yaelectrik.ru

Определение расцепителя

Расцепители разделим на две условные группы:

расцепители для защиты цепей;

Под сверхтоком

Ток перегрузки
Ток короткого замыкания (КЗ)

Следовательно, как только R → к 0, тогда I → к бесконечности.

Тепловой расцепитель

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину , которая при нагревании изгибается и воздействует на механизм свободного расцепления.
Биметаллическую пластину изготавливают методом механического соединения двух металлических лент. Выбираются два материала с разными коэффициентами температурного расширения и соединяются между собой с помощью спаивания, заклёпывания или свариваются.
Допустим, нижний материал в биметаллической пластине при нагревании удлиняется меньше, чем верхний металл, тогда изгиб произойдёт вниз.

Тепловой расцепитель защищает от токов перегрузки и настраивается на определённые режимы срабатывания.

Например, для изделия серии ВА 51-35 расцепитель перегрузки калибруется при температуре +30ºС на:

условный ток нерасцепления 1,05·In (время 1 час для In ≤ 63А и 2 часа для In ≥ 80А);
условный ток расцепления 1,3·In для переменного тока и 1,35·In для постоянного тока.

Обозначение 1,05·In – означает кратность номинальному току. Например, при номинальном токе In = 100А условный ток нерасцепления равен 105А.
На времятоковых характеристиках (графики всегда имеются в заводских каталогах) наглядно показывается зависимость времени срабатывания теплового и электромагнитного расцепителей от значения протекающего сверхтока.

Преимущества:

нет трущихся поверхностей;
обладают хорошей вибростойкостью;
легко переносят загрязнение;
простота конструкции → низкая цена.

Недостатки:

постоянно потребляют электрическую энергию;
чувствительны к изменениям температуры окружающей среды;
при нагреве от сторонних источников могут вызывать ложные срабатывания.

Состоит в принципе из тех же частей, что и полупроводниковый расцепитель: исполнительный электромагнит, измерительные устройства и блок управления расцепителем.

Ступенчато устанавливается рабочий ток и время выдержки, гарантирует протекцию при однофазном замыкании и при пусковых токах.
Пример: изделия серии ВА 88-43 с электронным расцепителем выпуска компании «ИЭК».

Достоинства:

разнообразный выбор настроек нужных пользователю;
высокая точность исполнения заданной программы;
индикаторы работоспособности и причины срабатывания;
логическая селективность с вышестоящими и нижестоящими выключателями.

Минусы:

высокая цена;
хрупкий блок управления;
подверженность к воздействию электромагнитных полей.

Независимый расцепитель

С помощью независимогорасцепителя (НР) осуществляют удалённое управление конкретным автоматическим выключателем. На катушку независимого расцепителя подаётся напряжение из цепи управления, создаётся магнитное поле, перемещается сердечник, воздействует на механизм свободного расцепления.
Независимый расцепитель может быть рассчитан на переменный или постоянный ток (производитель указывает линейку напряжений).
НР допускает колебания рабочего напряжения в диапазоне от 0,7 до 1,2 от Un. Режим его работы кратковременный.
После срабатывания независимого расцепителя нужно идти к распределительному щиту и в ручную взводить автоматический выключатель, а затем производить его включение.
Альтернативой НР может служить электромагнитный привод – он позволяет дистанционно как отключать, так и включать автоматический выключатель.

Наиболее частое применение – дистанционное отключение коммутационного аппарата, контролирующего вентиляционную систему, при возникновении пожара. При фиксировании возгорания вентиляция выключается, чтобы в здание не нагнетался воздух (кислород).

Электродинамические силы

Электродинамические силы воздействует на проводник, с протекающим по нему током, который находится в магнитном поле с индукцией В.
При протекании номинального тока электродинамические силы незначительны, но при появлении тока КЗ эти силы могут привести не только к деформации и поломке отдельных частей коммутационного аппарата, но и разрушению самого автомата.
Производятся специальные расчёты на электродинамическую стойкость, которые особенно актуальны при тенденции к уменьшению габаритных характеристик (сокращаются расстояния между токопроводящими частями).

Магнитное поле

Магнитное поле является одним из факторов, порождающих электродинамические силы.
Магнитные поля отрицательно влияют на работу электрооборудования, особенно это касается измерительных приборов и компьютеров.

Тепловое напряжение (перегрев)

При протекании через проводник любого тока с силой I, его жила разогревается, что может привести к возгораниям или повреждению изоляции.
При возникновении сверхтоков перегрев имеет актуальное значение, если не блокировать КЗ, давая достигать максимальных значений.

Номинальный ток

Под номинальным током (обозначают In) автоматического выключателя понимается ток, при котором аппарат рассчитан на продолжительную эксплуатацию и не активирует защитного срабатывания. Если указанный в маркировке ток превышен, автомат попрошествии определённого времени прерывает снабжение сети.

Небольшая оговорка:

номинальный ток автоматического выключателя – ток, на проведение которого просчитаны токопроводящие элементы;
номинальный ток теплового расцепителя – ток, на который настраиваются расцепляющие устройства (при нём срабатывания не вызывается).

В дальнейшем, под номинальным током будем подразумевать номинальный ток тепловогорасцепителя.
Номинальный ток является одной из определяющих характеристик автоматического выключателя, так как относительного этого значения просчитываются сверхтоки, при которых расцепителями вызывается размыкание контактов. Для верного выбора автоматического выключателя нужно знать номинальный ток сети.

Номинальный ток сети высчитывается из потребляемой мощности. Заведомо известно, какой прибор сколько потребляет мощности. Получают суммарную мощность и в первом приближении используют соотношение:
P = U · I, где Р – потребляемая мощность в ваттах, U – напряжение в сети в вольтах, I – ток в сети в амперах.

Но это формула верна для сети постоянного тока, для сети переменного тока всё намного сложнее.
Полная мощность (S) является векторной суммой активной мощности (Р) и реактивной мощности (Q):
S 2 = P 2 + Q 2 .
В свою очередь:

активная мощность P = I · U · Cosϕ;
реактивная мощность Q = I · U · Sinϕ.

Где ϕ — угол, с которым ток отстаёт или опережает напряжение. Для измерения коэффициента реактивной мощности (Cosϕ) применяют фазометры.

Ток мгновенного расцепления (защитная характеристика В, С или D)

Автоматический выключатель характеризуется током, при котором вызывается мгновенное расцепление главной контактной группы. Это происходит при коротком замыкании, которое фиксирует и отключает электромагнитныйрасцепитель.

Для модульных и силовых автоматических выключателей характеристика мгновенной защиты указывается по-разному:

модульным автоматам присваивается защитная характеристика: B, C, D;
для силовых выключателей задаётся значение тока в амперах или число кратное номинальному току.

Быстродействующие автоматы

Достижение времени отключения 0,002-0,008 с требует специальных мероприятий и других принципов работы приводных электромагнитов. В известных конструкциях применяются следующие способы получения быстродействия:

1) по принципу вытеснения потока (быстродействие 0,003-0,005 с). Отключение автомата осуществляется не отключением катушек удерживающего электромагнита, а вытеснением потока из участка сердечник-якорь. При этом размагничивающий поток создается форсированно током КЗ.

2) механических защелок (замков) t о до 0,002 с. Включение также осуществляется кратковременно работающим электромагнитом, а удержание во включенном положении — механической (электромеханической) защелкой. Освобождение защелки производится отключающим электромагнитом, работающим в форсированном режиме, создаваемом током КЗ.

3) системы с ударным электромагнитом — работающий с большой форсировкой электромагнит создает "ударную силу", превосходящую силу удерживающего электромагнита и "отрывает" якорь, т.е. отключает выключатель.

4) выключатель со взрывным расцепителем — время отключения 0,001 с — не получили распространения из-за своей сложности.

5) вакуумные выключатели, обеспечивающие гашение дуги t0=0,003-0,007с. Примеры исполнения некоторыхвыключателей приведены ниже.

а) Выключатель БВП-5. Построен на принципе вытеснения магнитного поля. Он предназначен для защиты силовой цепи электровозов постоянного тока. U ном =4000 В, U max=4000 В, I ном=1850 А, собственное время отключения 0,003с.

б) Выключатель постоянного тока вакуумный типа ВПТВ-15-5/400 на

U ном=15 кВ, I ном =400 А, I откл =5 кА.

в) Автомат серии ВАБ — 28 наиболее универсальный, I ном =1,5-6 кА, U =825-3300 В.

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Высоковольтный выключатель - коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных переключений и аварийных коммутаций в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения отдельных цепей или электрооборудования при ручном или автоматическом управлении.

Высоковольтный выключатель состоит из: контактной системы с дугогасительным устройством, токоведущих частей, корпуса, изоляционной конструкции и приводного механизма (например электромагнитный привод, ручной привод).

Параметры

В соответствии с ГОСТ Р 52565-2006 выключатели характеризуются следующими параметрами:

номинальное напряжение Uном (напряжение сети, в которой работает выключатель);
номинальный ток Iном (ток через включённый выключатель, при котором он может работать длительное время);
номинальный ток отключения Iо.ном - наибольший ток короткого замыкания (действующее значение), который выключатель способен отключить при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению при заданных условиях восстанавливающегося напряжения и заданном цикле операций;
допустимое относительное содержание апериодического тока в токе отключения;
если выключатели предназначены для автоматического повторною включения (АПВ), то должны быть обеспечены циклы:

Цикл 1: О-tбп-ВО-180 с-ВО; Цикл 2: О-180 с-ВО−180 с-ВО, где О - операция отключения, ВО - операция включения и немедленного отключения, 180 - промежуток времени в секундах, tбп - гарантируемая для выключателей минимальная бестоковая пауза при АПВ (время от погасания дуги до появления тока при последующем включении) Для выключателей с АПВ должно быть в пределах 0,3-1,2 с, для выключателей с БАПВ (быстродействующей) 0,3 с.

устойчивость при сквозных токах КЗ, которае характеризуется токами термической стойкости Iт и предельным сквозным током
номинальный ток включения - ток КЗ, который выключатель с соответствующим приводом способен включить без приваривания контактов и других повреждений при Uном и заданном цикле.
собственное время отключения - промежуток времени от момента подачи команды на отключение до момента начала расхождения дуго-гасительных контактов.
параметры восстанавливающегося напряжения при номинальном токе отключения - скорость восстанавливающегося напряжения, нормированная кривая, коэффициент превышения амплитуды и восстанавливающегося напряжения.

Расцепители автоматов. Принцип действия. Конструкция и виды расцепителей.

Определение расцепителя

Расцепители разделим на две условные группы:

расцепители для защиты цепей;
расцепители выполняющие вспомогательные функции.

Расцепителем (первая группа), применительно к автоматическому выключателю, называется устройство способное распознавать критическую ситуацию (появление сверхтока) и заблаговременно пресекать её развитие (вызывать расхождение главных контактов).

Во вторую группу расцепителей можно выделить дополнительные устройства (ими не комплектуют базовые исполнения автоматов, а снабжают лишь заказные исполнения):

независимый расцепитель (дистанционное отключение автоматического выключателя по сигналу из вспомогательной цепи);
расцепитель минимального напряжения (отключает автомат при падении напряжения ниже допустимого);
расцепитель нулевого напряжения (вызывает расцепление контактов при существенном падении напряжения).

Определения терминов, встречающихся ниже

Под сверхтоком понимается сила тока превышающая номинальный (рабочий) ток. Под это определение попадает ток короткого замыкания и ток перегрузки.

Ток перегрузки – сверхток, действующий в функциональной сети (длительное воздействие перегрузок может вызвать повреждение цепи).
Ток короткого замыкания (КЗ) – сверхток, который обусловлен замыканием двух элементов с очень низким полным сопротивлением между ними, при этом в нормальной работе эти элементы наделены различным потенциалом (замыкание накоротко может быть вызвано не верным подсоединением или повреждением). Например, механические воздействия или старение изоляции, вызывает соприкосновение токопроводящих жил и короткое замыкание.
Высокое значение тока короткого замыкания распознаётся из формулы:
I = U / R (сила тока равна отношению напряжения к сопротивлению).
Следовательно, как только R → к 0, тогда I → к бесконечности.

Через главные контакты в автоматическом выключателе при нормальной эксплуатации протекает номинальный ток. Механизм свободного расцепления коммутационного аппарата имеет чувствительные элементы (например, поворотная отключающая рейка). Воздействие расцепителя на эти элементы способствует мгновенному автоматическому срабатыванию, то есть расцеплению контактной системы.

Максимальный расцепитель тока (МРТ) – расцепитель, вызывающий размыкание главных контактов с выдерживанием некоторого промежутка времени или без него, как только действующее значение тока превышает заданный порог.
МРТ с обратнозависимой выдержкой времени – максимальный расцепитель тока, инициирующий расцепление контактов после истекания заданного времени, которое обратнозависимо от силы тока.
МРТ прямого действия – максимальныйрасцепитель тока, инициирующий срабатывание непосредственно от действующего сверхтока.

Определения максимального расцепителя тока, тока КЗ и перегрузки взяты (перефразированы без потери смысла) из стандарта ГОСТ Р 50345.

cyberpedia.su

Разновидности выключателей

Все автоматы делятся по типу расцепителей. Их подразделяют на 6 видов:

тепловой;
электронный;
электромагнитный;
независимый;
комбинированный;
полупроводниковый.

Они очень быстро распознают аварийные ситуации, такие как:

возникновение сверхтоков – повышение в электросети силы тока, превышающего номинальный ток выключателя;
перегрузка напряжения – короткое замыкание в цепи;
перепады напряжения.

В эти моменты в автоматических расцепителях происходит размычка контактов, которая предотвращает серьезные последствия в виде порчи проводки, электрооборудования, что очень часто приводит к пожарам.

Выключатель тепловой

Состоит из биметаллической пластинки, один из концов которой находится рядом со спусковым устройством автоматического расцепителя. Пластина нагревается током, проходящим через нее, отсюда и название. Когда сила тока начинает увеличиваться, она гнется и касается планки спускового механизма, которая и размыкает контакты в «автомате».

Срабатывание механизма происходит даже при незначительных превышениях номинального тока и увеличенном времени срабатывания. Если повышение нагрузки кратковременное, выключатель не срабатывает, поэтому его удобно устанавливать в сетях с частыми, но короткими перегрузками.

Достоинства теплового расцепителя:

отсутствие соприкасающихся и трущихся между собой поверхностей;
устойчивость при вибрациях;
бюджетная цена;
простая конструкция.

К недостаткам можно отнести то, что его работа во многом зависит от температурного режима. Такие автоматы лучше размещать подальше от источников тепла, иначе грозят многочисленные ложные срабатывания.

Выключатель электронный

В детали, его составляющие, входят:

измерительные приспособления (датчики тока);
блок управления;
катушка электромагнитная (трансформатор).

На каждом полюсе электронного автоматического расцепителя находится трансформатор, который измеряет ток, проходящий через него. Электронный модуль, управляющий расцеплением, обрабатывает эту информацию, сравнивая полученный результат с заданным. В случае, когда полученный показатель будет больше запрограммированного, произойдет размычка «автомата».

Существует три зоны срабатывания:

Продолжительная задержка. Здесь электронный расцепитель служит как тепловой, заграждая цепи от перегрузок.
Короткая задержка. Производит защиту от несущественных коротких замыканий, которые обычно происходят в конце защищаемой цепи.
Рабочая зона «мгновенно» обеспечивает защиту от КЗ высокой интенсивности.

Плюсы – большой выбор настроек, максимальная точность прибора заданному плану, наличие индикаторов. Минусы – чувствительность к электромагнитному полю, высокая цена.

Электромагнитный

Это соленоид (катушка с намотанной проволокой), внутри которого расположен сердечник с пружиной, воздействующий на механизм расцепления. Это устройство моментального действия. Во время течения по обмотке сверхтока образуется магнитное поле. Оно перемещающее сердечник и, превосходя усилие пружины, действует на механизм, выключая «автомат».

Плюсы – устойчивость к вибрации и ударам, простая конструкция. Минусы – образует магнитное поле, мгновенно срабатывает.

Это добавочное устройство к автоматическим расцепителям. С его помощью можно отключить как однофазный, так и трехфазный автомат, находящийся на определенном расстоянии. Чтобы привести в действие независимый расцепитель, необходимо подать напряжение на катушку. Для возвращения автомата в исходное положение нужно вручную нажать на кнопку «возврат».

Важно! Фазный проводник должен быть подключен от одной фазы из-под нижних клемм выключателя. Если его подключить неправильно, независимый выключатель выйдет из строя.

В основном независимые автоматы применяют в щитах автоматики в сильно разветвленных устройствах электроснабжения многих крупных объектов, где управление выведено на пульт оператора.

Комбинированный выключатель

Имеет как тепловые, так и электромагнитные элементы и защищает генератор от перегрузок и КЗ. Для работы комбинированного автоматического расцепителя указывают и выбирают ток теплового «автомата»: электромагнит рассчитан на 7 – 10 кратный ток, что соответствует работе тепловых сетей.

Электромагнитные элементы в комбинированном выключателе служат для мгновенной защиты от коротких замыканий, а тепловые защищают от перегрузок с выдержкой времени. Отключается комбинированный автомат при срабатывании любого из элементов. При кратковременных сверхтоках не срабатывает ни один из типов защиты.

Полупроводниковый выключатель

Состоит из трансформаторов переменного тока, магнитных усилителей для постоянного тока, блока управления и электромагнита, выполняющего функции независимого автоматического расцепителя. Устанавливать выбранную программу по расцеплению контактов помогает блок управления.

К его настройкам можно отнести:

регулирование номинального тока в приборе;
установку времени;
срабатывание в момент возникновения короткого замыкания;
защитные переключатели от сверхтоков и однофазного КЗ.

Плюсы – большой выбор регулирования под разные схемы электроснабжения, обеспечение избирательности к последовательно подключенным автоматам с меньшим количеством ампер.

Минусы – высокая стоимость, непрочные компоненты управления.

Установка

Многие доморощенные электрики считают, что установка автомата не составляет особого труда. Это справедливо, но нужно выполнять определенные правила. Расцепители автоматического выключателя, так же, как и пробочные предохранители, необходимо присоединять к сети так, чтобы при вывернутой пробке автомата его винтовая гильза была без напряжения. Соединение питающего проводника при одностороннем питании с автоматом должно производиться к неподвижным контактам.

Установка электрического однофазного двухполюсного автомата в квартире состоит из нескольких этапов:

крепления выключенного устройства в электрощите;
подсоединения проводов без напряжения к счетчику;
подсоединения к автомату сверху проводов напряжения;
включения автомата.

Крепление

В электрощите монтируем дин-рейку. Отрезаем нужный размер и крепим ее саморезами к электрощитку. Прищелкиваем автоматический расцепитель сети на дин-рейку при помощи специального замка, который расположен на задней части автомата. Проследите за тем, чтобы устройство стояло в режиме выключения.

Подсоединение к электросчетчику

Берем кусок провода, длина которого соответствует расстоянию от счетчика до автомата. Один конец присоединяем к электросчетчику, другой – к клеммам расцепителя, соблюдая полярность. Питающую фазу подсоединяем на первый контакт, а нулевой питающий провод на третий. Сечение провода – 2,5 мм.

Подсоединение проводов напряжения

С центрального распределительного электрощита питающие провода подходят к щитку квартиры. Их подсоединяем к клеммам автомата, который должен находиться в положении «выключен», соблюдая полярность. Сечение провода рассчитывается в зависимости от потребляемой энергии.

energomir.biz

Современную электрическую сеть невозможно представить себе без необходимых средств защиты, в частности, автоматического выключателя. В отличие от устаревших плавких предохранителей он предназначен для многоразовой защиты сети и электрооборудования. При этом автоматический выключатель защищает от токов короткого замыкания, излишних перегрузок, а некоторые модели даже от недопустимого падения напряжения. И вот в центре всей этой конструкции наиболее значимым элементом является расцепитель автоматического выключателя. Именно от него зависит надежность и скорость срабатывания, поэтому стоит сравнить все существующие на данный момент разновидности.

Сравнение

Итак, в числе первых можно назвать тепловой расцепитель. В силу своей конструкции тепловой расцепитель срабатывает с выдержкой времени. Чем больше превышение тока, тем быстрее срабатывает тепловой расцепитель. Так что время срабатывания может варьироваться от нескольких секунд до часа. Именно поэтому чувствительность автомата, где установлен тепловой расцепитель, всегда определяется времятоковой характеристикой и соответствует классу B, C или D.

Следующая разновидность относится к числу расцепителей мгновенного действия. Речь идет о таком понятии, как электромагнитный расцепитель. Он срабатывает за доли секунды, чем выгодно отличается от тепловых расцепителей. Однако электромагнитный расцепитель имеет и свою особенность — срабатывание происходит при существенно большем превышении номинального тока. Исходя из этого, электромагнитный расцепитель также обладает определенной чувствительностью и относится к одному из классов — A, B, C или D.

Пожалуй, самым эффективным можно назвать электронный расцепитель автоматического выключателя. Быстрая скорость срабатывания и высокая чувствительность делают электронный расцепитель идеальным средством защиты от перегрузок и токов короткого замыкания. По этой причине данный расцепитель мгновенного действия используют на больше токи.

Именно электронный расцепитель зачастую монтируют как на воздушные автоматические выключатели, так и на автоматические выключатели в литом корпусе. Воздушные автоматические выключатели подразумевают открытое исполнение (как правило, в металлическом корпусе) и рассчитаны на силу тока до нескольких тысяч ампер. Как уже было сказано, электронный расцепитель из-за моментальной скорости срабатывания идеально подходит для силовых сетей. Что же касается автоматических выключателей в литом корпусе, то их отличают компактные размеры и закрытое исполнение в корпусе из термореактивной пластмассы. Их удобно монтировать на DIN-рейку, но закрытый корпус подразумевает повышенные требования к надежности расцепителя. Таковым опять же является электронный расцепитель, где отсутствуют подвижные механические элементы.

Принцип работы

Независимо от вида расцепителя принцип его работы основан на размыкании цепи в случае превышения токовых характеристик. Любой расцепитель является неотъемлемой частью автоматического выключателя, встроенной в него или механически связанной с ним. Расцепитель автоматического выключателя под воздействием токов короткого замыкания или при превышении нагрузки инициирует освобождение удерживающего устройства в корпусе автоматического выключателя. В результате этого происходит размыкание электрической цепи.

Конструкция

Конструкция во многом зависит от разновидности расцепителя. Так, основой теплового расцепителя служит биметаллическая пластина — металлическая лента из двух полос, имеющих разные коэффициенты теплового расширения. При прохождении через нее токов, превышающих допустимое значение, биметаллическая пластина деформируется, тем самым, срабатывает механизм расцепления.

У электромагнитного расцепителя конструкция представляет собой соленоид (обмотку цилиндрической формы) с подвижным сердечником. Ток проходит по обмотке соленоида и в случае превышения токовых характеристик сердечник втягивается, воздействуя на размыкающий механизм.

А вот электронный расцепитель автоматического выключателя не основан на механическом воздействии и представляет собой несколько иную конструкцию. Он состоит из контроллера и датчиков тока. Контроллер сравнивает значения датчиков тока с установленными характеристиками, а в случае превышения заданных параметров тока дает сигнал на отключение. Таким образом, электронный расцепитель обладает более гибкими настройками, позволяя настраивать параметры автоматического выключателя под конкретные требования защиты электросети.

chint-electric.ru

Сравнение

Следующая разновидность относится к числу расцепителей мгновенного действия. Речь идет о таком понятии, как электромагнитный расцепитель. Он срабатывает за доли секунды, чем выгодно отличается от тепловых расцепителей. Однако электромагнитный расцепитель имеет и свою особенность - срабатывание происходит при существенно большем превышении номинального тока. Исходя из этого, электромагнитный расцепитель также обладает определенной чувствительностью и относится к одному из классов - A, B, C или D.

Принцип работы

Конструкция

Конструкция во многом зависит от разновидности расцепителя. Так, основой теплового расцепителя служит биметаллическая пластина - металлическая лента из двух полос, имеющих разные коэффициенты теплового расширения. При прохождении через нее токов, превышающих допустимое значение, биметаллическая пластина деформируется, тем самым, срабатывает механизм расцепления.

Основное отличие этих коммутационных аппаратов от всех остальных подобных устройств состоит в комплексном сочетании способностей:

1. длительно поддерживать номинальные нагрузки в системе за счет надежного пропускания через свои контакты мощных потоков электроэнергии;

2. защищать работающее оборудование от случайно возникающих неисправностей в электрической схеме за счет быстрого снятия с него питания.

При нормальных условиях эксплуатации оборудования оператор может вручную коммутировать нагрузки автоматическими выключателями, обеспечивая:

разные схемы питания;

изменение конфигурации сети;

вывод оборудования из работы.

Аварийные ситуации в электрических системах возникают мгновенно и стихийно. Человек не способен быстро среагировать на их появление и принять меры к устранению. Эта функция возлагается на автоматические устройства, встроенные в выключатель.

В энергетике принято деление электрических систем по видам тока:

постоянный;

переменный синусоидальный.

Кроме того, существует классификация оборудования по величине напряжения на:

низковольтное - менее тысячи вольт;

высоковольтное - все остальное.

Для всех типов этих систем создаются свои автоматические выключатели, предназначенные для многократной работы.

Цепи переменного тока

По мощности передаваемой электроэнергии автоматические выключатели в цепях переменного тока условно подразделяют на:

1. модульные;

2. в литом корпусе;

3. силовые воздушные.

Модульные конструкции

Специфическое исполнение в виде небольших стандартных модулей с шириной кратной 17,5 мм определяет их название и конструкцию с возможностью установки на Din-рейку.

Внутреннее устройство одного из подобных автоматических выключателей показано на картинке. Его корпус полностью изготовлен из прочного диэлектрического материала, исключающего .

Питающий и отходящий провода подключаются на верхний и нижний клеммный зажим соответственно. Для ручного управления состоянием выключателя установлен рычаг с двумя фиксированными положениями:

верхнее предназначено для подачи тока через замкнутый силовой контакт;

нижнее - обеспечивает разрыв цепи питания.

Каждый из подобных автоматов рассчитан на длительную работу при определенной величине (Iн). Если же нагрузка становится больше, то происходит разрыв силового контакта. Для этого внутри корпуса размещено два вида защит:

1. тепловой расцепитель;

2. токовая отсечка.

Принцип их работы позволяет объяснить времятоковая характеристика, выражающая зависимость времени срабатывания защиты от проходящего сквозь нее тока нагрузки или аварии.

Представленный на картинке график приведен для одного конкретного автоматического выключателя, когда зона работы отсечки выбрана в 5÷10 крат номинального тока.

При первоначальной перегрузке работает тепловой расцепитель, выполненный из , которая при увеличенном токе постепенно нагревается, изгибается и воздействует на отключающий механизм не сразу, а с определенной задержкой по времени.

Таким способом он позволяет небольшим перегрузкам, связанным с кратковременным подключением потребителей, самоустраниться и исключить излишние отключения. Если же нагрузка обеспечит критический нагрев проводки и изоляции, то происходит разрыв силового контакта.

Когда же в защищаемой цепи возникает аварийный ток, способный своей энергией сжечь оборудование, то в работу вступает электромагнитная катушка. Она импульсом за счет броска возникшей нагрузки выкидывает сердечник на отключающий механизм с целью мгновенного прекращения запредельного режима.

На графике видно, что чем выше токи коротких замыканий, тем быстрее происходит их отключение электромагнитным расцепителем.

По этим же принципам работает бытовой предохранитель автоматический ПАР.

При разрыве больших токов создается электрическая дуга, энергия которой может выжечь контакты. Чтобы исключить ее действие в автоматических выключателях используется дугогасительная камера, разделяющая дуговой разряд на маленькие потоки и гасящая их за счет охлаждения.

Кратность отсечек модульных конструкций

Электромагнитные расцепители настраиваются и подбираются под работу с определенными нагрузками потому, что при запуске они создают разные переходные процессы. Например, во время включения различных светильников кратковременный бросок тока из-за изменяющегося сопротивления нити накала может приближаться к трем кратам номинальной величины.

Поэтому для розеточной группы квартир и цепей освещения принято выбирать автоматические выключатели с времятоковой характеристикой типа «В». Она составляет 3÷5 Iн.

Асинхронные двигатели при раскрутке ротора с приводом вызывают бо́льшие токи перегрузок. Для них подбирают автоматы с характеристикой «С», или - 5÷10 Iн. За счет созданного запаса по времени и току они позволяют двигателю раскрутиться и гарантированно выйти на рабочий режим без излишних отключений.

В промышленных производствах на станках и механизмах встречаются нагруженные привода, подключенные к двигателям, которые создают более увеличенные перегрузки. Для таких целей применяют автоматические выключатели характеристики «D» с номиналом 10÷20 Iн. Они хорошо себя зарекомендовали при работе в схемах с активно-индуктивными нагрузками.

Кроме того, у автоматов есть еще три вида стандартных времятоковых характеристик, которые применяются в специальных целях:

1. «А» - у длинных проводок с активной нагрузкой или защит полупроводниковых устройств с величиной 2÷3 Iн;

2. «K» - для выраженных индуктивных нагрузок;

3. «Z» - у электронных устройств.

В технической документации у разных производителей кратность срабатывания отсечки для последних двух типов может немного отличаться.

Этот класс устройств способен коммутировать бо́льшие токи, чем модульные конструкции. Их нагрузка может достигать величины до 3,2 килоампера.

Они изготавливаются по тем же принципам, что и модульные конструкции, но, с учетом повышенных требований к пропусканию увеличенной нагрузки, им стараются придать относительно маленькие габариты и высокое техническое качество.

Эти автоматы предназначены для безопасной работы на промышленных объектах. По величине номинального тока их условно делят на три группы с возможностью коммутации нагрузок до 250, 1000 и 3200 ампер.

Конструктивное исполнение их корпуса: трех- или четырехполюсные модели.

Силовые воздушные выключатели

Они работают в промышленных установках и оперируют токами очень больших нагрузок до 6,3 килоампера.

Это наиболее сложные устройства коммутационных аппаратов низковольтного оборудования. Они используются для работы и защиты электрических систем в качестве вводных и отходящих аппаратов распределительных установок повышенных мощностей и для подключения генераторов, трансформаторов, конденсаторов или мощных электродвигателей.

Схематичное изображение их внутреннего устройства показано на картинке.

Здесь используется уже двойной разрыв силового контакта и установлены дугогасящие камеры с решетками на каждой стороне отключения.

В алгоритме работы участвуют катушка включения, замыкающая пружина, мотор-привод взвода пружины и элементы автоматики. Для контроля протекающих нагрузок встроен трансформатор тока с защитной и измерительной обмоткой.

Автоматические выключатели высоковольтного оборудования относятся к очень сложным техническим устройствам и изготавливаются строго индивидуально под каждый класс напряжения. Они используются, как правило, .

К ним предъявляются требования:

высокой надежности;

безопасности;

быстродействия;

удобства пользования;

относительной бесшумности при работе;

оптимальной стоимости.

Нагрузки, которые разрывают при аварийном отключении, сопровождаются очень сильной дугой. Для ее гашения используются различные способы, включая разрыв цепи в специальной среде.

В состав такого выключателя входят:

контактная система;

дугогасительное устройство;

токоведущие части;

изолированный корпус;

приводной механизм.

Один из таких коммутационных аппаратов показан на фотографии.

Для качественной работы схемы в подобных конструкциях, кроме рабочего напряжения, учитывают:

номинальную величину тока нагрузки для надежной ее передачи во включенном состоянии;

максимальный ток короткого замыкания по действующему значению, который способен выдержать отключающий механизм;

допустимую составляющую апериодического тока в момент разрыва схемы;

возможности автоматического повторного включения и обеспечение двух циклов АПВ.

По способам гашения дуги во время отключения выключатели классифицируют на:

масляные;

вакуумные;

воздушные;

элегазовые;

автогазовые;

электромагнитные;

автопневматические.

Для надежной и удобной работы они снабжаются приводным механизмом, который может использовать один или несколько видов энергий либо их сочетаний:

взведенной пружины;

поднятого груза;

давления сжатого воздуха;

электромагнитного импульса от соленоида.

В зависимости от условий применения они могут создаваться с возможностью работы под напряжением от одного и до 750 киловольт включительно. Естественно, что они имеют разную конструкцию. габариты, возможности автоматического и дистанционного управления, настройку защит для безопасной эксплуатации.

Вспомогательные системы таких автоматических выключателей могут иметь очень сложную разветвленную структуру и размещаться на дополнительных панелях в специальных технических зданиях.

Цепи постоянного тока

В этих сетях тоже работает огромное число автоматических выключателей, обладающих разными возможностями.

Электрооборудование до 1000 вольт

Здесь массово внедряются современные модульные устройства, имеющие возможность крепления на Din-рейку.

Они успешно дополняют классы старых автоматов типа , АЕ и других подобных, которые закреплялись на стенках щитов винтовыми соединениями.

Модульные конструкции постоянного тока имеют такое же устройство и принцип работы, как их аналоги на переменном напряжении. Они могут выполняться одним или несколькими блоками и подбираются по нагрузке.

Электрооборудование выше 1000 вольт

Высоковольтные автоматические выключатели для постоянного тока работают на установках электролизного производства, металлургических промышленных объектах, железнодорожном и городском электрифицированном транспорте, предприятиях энергетики.

Основные технические требования к работе подобных устройств соответствуют их аналогам на переменном токе.

Гибридный выключатель

Ученым шведско-швейцарской компании ABB удалось разработать высоковольтный выключатель постоянного тока, сочетающий в своем устройстве две силовые конструкции:

1. элегазовую;

2. вакуумную.

Он получил название гибридного (HVDC) и использует технологию последовательного гашения дуги сразу в двух средах: гексафторида серы и вакуума. Для этого собрана следующее устройство.

На верхнюю шину гибридного вакуумного выключателя подводится напряжение, а с нижней шины элегазового - снимается.

Силовые части обоих коммутационных устройств соединены последовательно и управляются своими индивидуальными приводами. Чтобы они одновременно работали создано устройство управления синхронизированных координатных операций, которое передает команды на управляющий механизм с независимым питанием по оптоволоконному каналу.

За счет применения высокоточных технологий разработчикам конструкции удалось достичь согласованности действий исполнительных механизмов обоих приводов, которая укладывается в промежуток времени менее одной микросекунды.

Управление выключателем происходит от блока релейной защиты, встроенного через ретранслятор в линию электропередачи.

Гибридный выключатель позволил значительно повысить эффективность составных элегазовых и вакуумных конструкций за счет использования их совместных характеристик. При этом удалось реализовать преимущества перед другими аналогами:

1. способность надежно отключать токи КЗ при высоковольтном напряжении;

2. возможность небольшого усилия для проведения коммутаций силовых элементов, которая позволила значительно уменьшить габариты и. соответственно, стоимость оборудования;

3. доступность выполнения различных стандартов для создания конструкций, работающих в составе отдельного выключателя или компактных устройств на одной подстанции;

4. способность устранять последствия быстро возрастающего восстанавливающегося напряжения;

5. возможность формирования базового модуля для работы с напряжениями до 145 киловольт и выше.

Отличительная черта конструкции - способность разрывать электрическую цепь за 5 миллисекунд, что практически невозможно выполнять силовыми устройствами других конструкций.

Гибридное устройство выключателя отмечено в числе десяти лучших разработок за год по версии технологического обзора МТИ (Массачусетского технологического института).

Подобными исследованиями занимаются и другие производители электротехнического оборудования. Они тоже добились определенных результатов. Но компания АВВ опережает их в этом вопросе. Ее руководство считает, что при передаче электроэнергии переменного тока происходят ее большие потери. Их значительно можно снизить, используя цепи высоковольтного постоянного напряжения.