Мгновенный расцепитель. Расцепитель автоматического выключателя: основные виды и их особенности. » Классификация автоматов по количеству полюсов

27.07.2019

Определение и виды расцепителей, их преимущества и недостатки; примеры автоматических выключателей с тепловым, электромагнитным, полупроводниковым и электронным расцепляющим устройством; процессы протекающие при сверхтоках

Определение расцепителя

Расцепители разделим на две условные группы:

основные расцепители для защиты цепей;
вспомогательные расцепители для расширения функциональности.

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

Вспомогательные расцепители - дополнительные устройства (ими не комплектуют базовые исполнения автоматов, а снабжают лишь заказные специальные 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

Под сверхтоком понимают силу тока превышающую 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 - максимальный расцепитель тока, инициирующий срабатывание непосредственно от действующего сверхтока.

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

Виды расцепителей , применяемых в автоматических выключателях

В автоматические выключатели устанавливают один или комбинацию, из указанных ниже расцепителей:

обеспечивают базовую защиту от сверхтоков, заводские настройки не меняются в процессе эксплуатации:
- тепловой расцепитель или расцепитель перегрузки;
- электромагнитный расцепитель или расцепитель короткого замыкания;

один из предложенных ниже заменяет первые два, в процессе эксплуатации допускается регулировка (время выдержки при сверхтоке для обеспечения селективности , какой ток считать перегрузкой, какой коротким замыканием):
- полупроводниковый расцепитель;
- электронный расцепитель;

дополнительные расцепляющие устройства для расширение функциональности:
- независимый расцепитель;
- расцепитель минимального напряжения;
- расцепитель нулевого напряжения.

Следует принять во внимание, что дешёвыми устройствами являются электромагнитный и тепловой расцепители. Автоматические выключатели укомплектованные полупроводниковым или электронным расцепителем (они функционально заменяют сочетание теплового и электромагнитного расцепителя) стоят от 1200 $ и выше, поэтому их применяют как вводные аппараты на номинальные токи от 630 А (бывают редкие исключения меньшего ампеража).

В видеоролике кратко рассказано о конструкции автоматического выключателя, в частности о тепловых и электромагнитных расцепителях:

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. Выбирают два материала с разными коэффициентами температурного расширения и соединяются между собой с помощью спаивания, заклёпывания или сваривают.
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 расцепители перегрузки калибруют при температуре +30 °С на:

условный ток нерасцепления 1,05·In (время 1 час для In ≤ 63 А и 2 часа для In ≥ 80 А);
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 = 100 А условный ток нерасцепления равен 105 А.
На времятоковых характеристиках (графики всегда имеются в заводских каталогах) наглядно показывают 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.

Электромагнитный расцепитель

Электромагнитный (аббревиатура ЭМ) расцепитель является устройством мгновенного действия. Представляет собой соленоид, сердечник которого воздействует на механизм свободного расцепления. При протекании сверхтока по обмотке соленоида, рождается магнитное поле, которое перемещает сердечник, с преодолением сопротивления возвратной пружины.

ЭМ расцепитель настраивают на срабатывание при токах КЗ значениями от 2 до 20·In. Погрешность настройки варьируется в пределах ±20 % от заданного значения.

Для силовых автоматических выключателей уставку срабатывания при коротком замыкании (значение тока, при котором инициируется расцепление) могут указывать как значением в амперах, так и в кратности номинальному току. Встречаются уставки:

3,5·In;
7·In;
10·In;
12·In;
и другие.

Например, при номинальном токе автомата In = 200 А, при уставке 7·In расцепление наступит при достижении сверхтоком значения 7 · 200 = 1400 А.

B (3-5);
C (5-10);
D (10-50).

В скобках указаны предельные значения от номинального тока In, при которых произойдёт расхождение контактов.

Достоинства:

простота конструкции;

Недостатки:

создаёт магнитное поле;
срабатывает мгновенно, без выдержки времени.

Под выдержкой времени понимается обеспечение селективности. Селективность или избирательность достигается, когда вводной автоматический выключатель распознаёт замыкание накоротко и некоторое заданное время пропускает его. Этого времени достаточно для срабатывая нижестоящего защитного устройства. В таком случае отключается не весь объект, а только повреждённая ветвь.

Аппараты с выдержкой времени или селективные - категория применения В (все автоматы с электронным или полупроводниковым расцепителем).
Аппараты мгновенного действия или неселективные - категория применения А (фактически все автоматические выключатели с электромагнитным расцепляющим устройством).

Термомагнитный или комбинированный расцепитель

Часто применяется последовательное соединение теплового и электромагнитного расцепителя. В зависимости от производителя, такое связывание двух устройств называют комбинированным или термомагнитным расцепителем. Словосочетание «термомагнитный расцепитель» зачастую используют в зарубежных каталогах и литературе.

Явления, вызываемые сверхтоками

При появлении тока короткого замыкания возникают следующие явления:

электродинамические силы;
магнитное поле;
тепловое напряжение (перегрев).

При перегрузке определяющим фактором остаётся перегрев токопроводящих частей.

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 полюсов).

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.

Эта статья продолжает серию публикаций по электрическим аппаратам защиты — автоматическим выключателям, УЗО, дифавтоматам, в которых мы подробно разберем назначение, конструкцию и принцип их работы, а также рассмотрим их основные характеристики и детально разберем расчет и выбор электрических аппаратов защиты. Завершит этот цикл статей пошаговой алгоритм, в котором кратко, схематично и в логической последовательности будет рассмотрен полный алгоритм расчета и выбора автоматических выключателей и УЗО.

Чтобы не пропустить выход новых материалов по этой теме подписывайтесь на новостную рассылку, форма подписки внизу этой статьи.

Ну а в этой статье мы разберемся, что же такое автоматический выключатель, для чего предназначен, как он устроен и рассмотрим, как он работает.

Автоматический выключатель (или обычно просто «автомат») - это контактный коммутационный аппарат, который предназначен для включения и отключения (т.е. для коммутации) электрической цепи, защиты кабелей, проводов и потребителей (электрических приборов) от токов перегрузки и от токов короткого замыкания.

Т.е. автоматический выключатель выполняет три основный функции:

1) коммутацию цепи (позволяет включать и отключать конкретный участок электрической цепи);

2) обеспечивает защиту от токов перегрузки, отключая защищаемую цепь, когда в ней протекает ток, превышающий допустимый (например, при подключении в линию мощного прибора или приборов);

3) отключает от питающей сети защищаемую цепь, когда в ней возникают большие по значению токи короткого замыкания.

Таким образом, автоматы выполняют одновременно и функции защиты и функции управления .

По конструктивному исполнению выпускаются три основных типа автоматических выключателей:

— воздушные автоматические выключатели (применяются в промышленности в цепях с большими токами в тысячи ампер);

— автоматические выключатели в литом корпусе (рассчитаны на большой диапазон рабочих токов от 16 до 1000 Ампер);

— модульные автоматические выключатели , наиболее нам известные, к которым мы привыкли. Они широко применяются в быту, в наших домах и квартирах.

Модульными они называются потому, что их ширина стандартизирована и в зависимости от количества полюсов, кратна 17.5 мм, более подробно этот вопрос будет рассмотрен в отдельной статье.

Мы с вами, на страницах сайта , будем рассматривать именно модульные автоматические выключатели и устройства защитного отключения.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

Тепловой расцепитель срабатывает не сразу, а через какое-то время, давая возможность току перегрузки вернуться к своему нормальному значению. Если же в течение этого времени ток не снижается, тепловой расцепитель срабатывает, защищая цепь потребителей от перегрева, оплавления изоляции и возможного возгорания проводки.

К перегрузке может приводить подключение в линию мощных приборов, превышающих расчетную мощность защищаемой цепи. Например, при включении в линию очень мощного нагревателя или электроплиты с духовкой (с мощностью, превышающей расчетную мощность линии), или одновременно несколько мощных потребителей (электроплита, кондиционер, стиральная машина, бойлер, электрочайник и т.п.), либо большого количества одновременно включенных приборов.

При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает, наводимое в катушке по закону электромагнитной индукции магнитное поле перемещает сердечник соленоида, который приводит в действие механизм расцепителя и размыкает силовые контакты автоматического выключателя (т.е. подвижный и неподвижный контакты). Линия размыкается, позволяя снять с аварийной цепи питание и защитить от возгорания и разрушения сам автомат, электропроводку и замкнувший электроприбор.

Электромагнитный расцепитель срабатывает практически мгновенно (около 0,02с), в отличие от теплового, но при значительно больших значениях тока (от 3-х и более значений номинального тока), поэтому электропроводка не успевает нагреться до температуры плавления изоляции.

При размыкании контактов цепи, когда в ней проходит электрический ток, возникает электрическая дуга, и чем больше ток в цепи — тем дуга мощнее. Электрическая дуга вызывает эррозию и разрушение контактов. Чтобы защитить контакты автоматического выключателя от ее разрушающего действия, дуга, возникающая в момент размыкания контактов, направляется в дугогасительную камеру (состоящую из параллельных пластин), где она дробится, затухает, охлаждается и исчезает. При горении дуги образуются газы, они отводятся наружу из корпуса автомата через специальное отверстие.

Автомат не рекомендуется использовать в качестве обычного выключателя цепи, особенно если его отключать при подключенной мощной нагрузке (т.е. при больших токах в цепи), поскольку это ускорит разрушение и эррозию контактов.

Итак, давайте резюмируем:

— автоматический выключатель позволяет коммутировать цепь (переводя рычаг управления вверх – автомат подключается к цепи; переводя рычаг вниз – автомат отключает питающую линию от цепи нагрузки);

— имеет встроенный тепловой расцепитель, который защищает линию нагрузки от токов перегрузки, он инерционен и срабатывает через некоторое время;

— имеет встроенный электромагнитный расцепитель, защищающий линию нагрузки от больших токов короткого замыкания и срабатывает почти мгновенно;

— содержит дугогасящую камеру, которая защищает силовые контакты от разрушительного действия электромагнитной дуги.

Конструкцию, назначение и принцип действия мы разобрали.

В следующей статье мы рассмотрим основные характеристики автоматического выключателя, которые необходимо знать при его выборе.

Смотрите Конструкция и принцип работы автоматического выключателя в видеоформате:

Полезные статьи

Расцепитель выключателя (автоматического) – это электротехнический прибор, отключающий сеть, если в ней возникает большой электроток. Такое устройство применяется для того, чтобы при перегреве проводов не случилось возгорание в доме, и дорогостоящая бытовая техника не вышла из строя.

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.

Включение автомата

Только после того как будет правильно произведена установка всех проводов, можно вводить в работу автоматический расцепитель тока.

Бывает так, что постоянное отключение автомата становится большой проблемой. Не пробуйте решить ее при помощи установки расцепителя с большим номинальным током. Такие приборы ставятся с учетом сечения проводов в доме, и, может быть, большой ток в сети недопустим. Решить проблему можно только путем обследования системы электрического снабжения квартиры профессиональными электриками.

Тепловой расцепитель - обеспечивает защиту только от перегрузок по току.

Электромагнитный расцепитель - обеспечивает защиту только от коротких замыканий.

Термо-магнитный (магнитотермический, комбинированный) расцепитель - состоит из двух типов расцепителей - теплового и электромагнитного. Обеспечивает защиту как от перегрузки по току так и от коротких замыканий.

Термо-магнитный (магнитотермический, комбинированный) расцепитель, с защитой от токов утечек - кроме защиты от перегрузок и коротких замыканий обеспечивает защиту людей и электроустановок от замыкания на землю.

Электронный расцепитель (электронный блок защиты - Overcurrent Release) - (в зависимости от исполнения) обеспечивает максимальное количество типов защит.

Устройство расцепителей

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.

Преимущества:

нет подвижных частей;
нетребовательность к загрязнениям;
простота конструкции;
низкая цена.

Недостатки:

высокое собственное потребление энергии;
чувствительны к изменениям температуры окружающей среды;
при нагреве от сторонних источников могут вызывать ложные срабатывания.

Электромагнитный расцепитель

Электромагнитный расцепитель является устройством мгновенного действия. Представляет собой соленоид, сердечник которого воздействует на механизм свободного расцепления. При протекании по обмотке соленоида сверхтока, создаётся магнитное поле, которое перемещает сердечник, с преодолением сопротивления возвратной пружины.

ЭМ расцепитель может настраиваться (на заводе производителе или потребителем) на срабатывание при токах КЗ значениями от 2 до 20 In. Погрешность настройки варьируется около ±20% от заданного значения силы тока для выключателей в литом корпусе.
Для силовых автоматических выключателей уставку срабатывания при коротком замыкании (значение тока, при котором инициируется расцепление) могут указывать как значением в амперах, так и в кратности номинальному току.
Встречаются уставки: 3,5In; 7In, 10In; 12In и другие.

Достоинства:

простота конструкции;

Недостатки:

создаёт магнитное поле.

Термомагнитный расцепитель

Часто применяется последовательное соединение теплового и электромагнитного расцепителя. В зависимости от производителя, такое связывание двух устройств называют комбинированным или термомагнитным расцепителем.

Термомагнитный или комбинированный расцепитель

Термомагнитный расцепитель с защитой от токов утечек

Автомат с данными расцепителями кроме теплового и электромагнитного расцепителей имеет блок способный обнаружить ток повреждения на землю с помощью тороидального трансформатора, который охватывает все токоведущие части, а также нейтраль, если она распределена. Расцепители токов утечки на землю могут использоваться в сочетании с автоматическим выключателем для обеспечения двух основных функций в одном устройстве:

защита от перегрузок и коротких замыканий;
защита от косвенных прикосновений (появление напряжения) на токопроводящих частях вследствие повреждения изоляции).

Электронный расцепитель

Расцепитель, соединенный с измерительными трансформаторами тока (три или четыре, в зависимости от количества защищаемых проводников), которые установлены внутри автоматического выключателя и обеспечивают двойную функцию: подачи питания для нормального управления расцепителем и обнаружения значения тока, который проходит в токоведущих частях. Поэтому они совместимы только с сетями переменного тока.

Сигнал от трансформаторов обрабатывается электронной частью (микропроцессор), который сравнивает его с заданными уставками. Когда сигнал превышает порог, расцепитель автоматического выключателя воздействует непосредственно на узел свободного расцепления выключателя при помощи отключающей катушки.

Блок управления расцепителем позволяет выстраивать определённую пользователем программу, по которой автоматический выключатель будет производить расцепление главных контактов.

Достоинства:

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

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

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.

Похожие статьи: