Електромагнітний розчіплювач. Опис параметра "тип розчеплювачів" Типи розчеплювачів автоматичних вимикачів

Визначення та види розчеплювачів, їх переваги та недоліки; приклади автоматичних вимикачівз тепловим, електромагнітним, напівпровідниковим та електронним пристроєм, що розчіплює; процеси, що протікають при надтоках

Визначення розчіплювача

Розчеплювачі розділимо на двіумовні групи:

  • основні розчеплювачі для захисту ланцюгів;
  • допоміжні розчеплювачі для розширення функціональності.

Основним розчіплювачем (перша група),стосовно автоматичного вимикача , називається пристрій здатне розпізнавати критичну ситуацію (поява надструму) і заздалегідь припиняти її розвиток (викликати розбіжність основних контактів).

Допоміжні розчеплювачі- додаткові пристрої (ними не комплектують базові виконання автоматів, а постачають лише спеціальні замовлення виконання):

  • незалежний розчіплювач ( дистанційне відключенняавтоматичного вимикача за сигналом із допоміжного ланцюга);
  • розчіплювач мінімальної напруги (відключає автомат при падінні напруги нижче за допустиму);
  • розчіплювач нульової напруги (викликає розчеплення контактів при суттєвому падінні напруги).

Визначення термінів

Під надструмомрозуміють силу струму, що перевищує номінальний (робочий) струм. Під це визначення потрапляє струм короткого замиканнята струм навантаження.

Струм перевантаження- надструм, що діє у функціональній мережі (тривалий вплив перевантажень може викликати пошкодження ланцюга).
Струм короткого замикання (КЗ)- надструм, який обумовлений замиканням двох елементів з дуже низьким повним опором між ними, при цьому в нормальній роботі ці елементи наділені різним потенціалом (замикання може бути спричинене неправильним приєднанням або пошкодженням). Наприклад, механічні впливи або старіння ізоляції, викликає зіткнення струмопровідних жил та коротке замикання.
Високе значення струму короткого замикання розпізнається з формули:
I = U/R (сила струму дорівнює відношенню напруги до опору).
Отже, як тільки R→ до 0, тоді I→ до нескінченності.

Через головні контакти в автоматичному вимикачі при нормальної експлуатаціїпротікає номінальний струм. Механізм вільного розчеплення комутаційного апарату має чутливі елементи (наприклад, поворотна рейка, що відключає). Вплив розчіплювача на ці елементи сприяє миттєвому автоматичному спрацьовування, тобто розчепленню контактної системи.

Максимальний розчіплювач струму (МРТ)- Розчіплювач, що викликає розмикання головних контактів з витримуванням деякого проміжку часу або без нього, як діюче значення струму перевищує заданий поріг.
МРТ із зворотнозалежною витримкою часу - максимальний розчіплювач струму, що ініціює розчеплення контактів після закінчення заданого часу, яке обернено залежно від сили струму.
МРТ прямої дії - максимальний розчіплювач струму, що ініціює спрацьовування безпосередньо від діючого надструму.

Визначення максимального розчіплювача струму, струму КЗ та перевантаження взяті (перефразовані без втрати змісту) із стандарту ГОСТ 50345.

Види розчіплювачів, що застосовуються в автоматичних вимикачах

В автоматичні вимикачі встановлюють один або комбінацію, із наведених нижче розчіплювачів:

  • забезпечують базовий захист від надструмів, заводські налаштування не змінюються в процесі експлуатації:
  • один із запропонованих нижче замінює перші два, в процесі експлуатації допускається регулювання (час витримки при надтоку для забезпечення селективності, який струм вважати перевантаженням, яким коротким замиканням):
  • додаткові розчіплювальні пристрої для розширення функціональності:
    • незалежний розчіплювач;
    • розчіплювач мінімальної напруги;
    • розчіплювач нульової напруги.


Слід взяти до уваги, що дешевими пристроями є електромагнітний та тепловий розчіплювачі. Автоматичні вимикачі укомплектовані напівпровідниковим або електронним розчіплювачем (вони функціонально замінюють поєднання теплового та електромагнітного розчіплювача) коштують від 1200 $ і вище, тому їх застосовують як вступні апарати на номінальні струми від 630 А (бувають рідкісні винятки меншого амперажу).

У відеоролику коротко розказано про конструкцію автоматичного вимикача,зокрема про теплові та електромагнітні розчіплювачі:

Тепловий розчіплювач

Тепловий розчіплювач являє собою біметалеву пластину, яка при нагріванні згинається та впливає на механізм вільного розчеплення.
Біметалеву пластину виготовляють методом механічного з'єднання двох металевих стрічок. Вибирають два матеріали з різними коефіцієнтами температурного розширення та з'єднуються між собою за допомогою спаювання, заклепування або зварюють.
Припустимо, нижній матеріал у біметалічній пластині при нагріванні подовжується менше ніж верхній метал, тоді вигин відбудеться вниз.

Тепловий розчіплювач захищає від струмів навантаження і налаштовується на певні режими спрацьовування.

Наприклад, для виробу серії ВА 51-35 розчіплювачі навантаження калібрують при температурі +30 °С на:

Позначення 1,05 In - означає кратність номінальному струму. Наприклад, за номінального струму In = 100 А умовний струм нерозчеплення дорівнює 105 А.
На частокових характеристиках (графіки завжди є в заводських каталогах) наочно показують залежність часу спрацьовування теплового та електромагнітного розчеплювачів від значення надпливу, що протікає.

Переваги:

  • немає поверхонь, що труться;
  • мають гарну вібростійкість;
  • легко переносять забруднення;
  • Простота конструкції → низька ціна.

Недоліки:

Електромагнітний розчіплювач

Електромагнітний (абревіатура ЕМ) розчіплювач є пристроєм миттєвої дії.Є соленоїдом, сердечник якого впливає на механізм вільного розчеплення. При протіканні надструму по обмотці соленоїда, народжується магнітне поле, яке переміщає сердечник, з подолання опору зворотної пружини.

ЕМ розчіплювач налаштовують спрацьовування при струмах КЗ значеннями від 2 до 20·In. Похибка настройки варіюється в межах ±20 % від заданого значення.

Для силових автоматичних вимикачівуставку спрацьовування при короткому замиканні (значення струму, у якому ініціюється розчеплення) можуть вказувати як значенням в амперах, і у кратності номінальному струму. Зустрічаються уставки:

  • 3,5 · In;
  • 7·In;
  • 10 · In;
  • 12·In;
  • та інші.

Наприклад, при номінальному струмі автомата In = 200 А, при уставці 7 In розчеплення настане при досягненні надструмом значення 7 · 200 = 1400 А.

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

У дужках вказані граничні значення від номінального струму In, у яких відбудеться розбіжність контактів.

Переваги:

  • простота конструкції;

Недоліки:

  • створює магнітне поле;
  • спрацьовує миттєво, без витримки часу.

Під витримкою часу розуміється забезпечення селективності. Селективність або вибірковість досягається, коли ввідний автоматичний вимикач розпізнає замикання коротко і деякий час пропускає його. Цього часу достатньо для спрацювання нижчестоящого захисного пристрою. У такому разі відключається не весь об'єкт, а лише пошкоджена гілка.

Апарати з витримкою часу або селективні - категорія застосування (всі автомати з електронним або напівпровідниковим розчіплювачем).
Апарати миттєвої дії або неселективні – категорія застосування А (фактично всі автоматичні вимикачі з електромагнітним пристроєм, що розчіплює).

Термомагнітний або комбінований розчіплювач

Часто застосовується послідовне з'єднаннятеплового та електромагнітного розчіплювача. Залежно від виробника, таке зв'язування двох пристроїв називають комбінованимабо термомагнітним розчіплювачем.Словосполучення «термомагнітний розчіпувач» найчастіше використовують у зарубіжних каталогах та літературі.

Явища, спричинені надструмами

З появою струму короткого замикання виникають такі явища:

  • електродинамічні сили;
  • магнітне поле;
  • теплова напруга (перегрів).

При перевантаженні визначальним чинником залишається перегрів струмопровідних елементів.

Електродинамічні сили

Електродинамічні сили впливає на провідник, з струмом, що протікає по ньому, який знаходиться в магнітному полі з індукцією В.
При протіканні номінального струму електродинамічні сили незначні, але при появі струму КЗ ці сили можуть призвести не тільки до деформації та поломки окремих частинкомутаційного апарату, а й руйнування самого автомата.
Виробляються спеціальні розрахунки на електродинамічну стійкість, що особливо актуальні при тенденції до зменшення габаритних характеристик (скорочуються відстані між струмопровідними частинами полюсів).

Магнітне поле

Магнітне поле є одним із факторів, що породжують електродинамічні сили.
Магнітні полянегативно впливають на роботу електроустаткування, особливо це стосується вимірювальних приладівта комп'ютерів.

Теплова напруга (перегрів)

При протіканні через провідник будь-якого струму з силою I його жила розігрівається, що може призвести до займання або пошкодження ізоляції.
У разі надструмів перегрів має актуальне значення, а то й блокувати КЗ, даючи досягати максимальних значень.

Основна відмінність цих комутаційних апаратів від решти подібних пристроївполягає в комплексному поєднанні здібностей:

1. довгостроково підтримувати номінальні навантаження у системі з допомогою надійного пропускання через свої контакти потужних потоків електроенергії;

2. захищати працююче обладнання від несправностей, що випадково виникають, в електричній схемі за рахунок швидкого зняття з нього живлення.

При нормальних умовахексплуатації обладнання оператор може вручну комутувати навантаження автоматичними вимикачами, забезпечуючи:

    різні схеми харчування;

    зміна конфігурації мережі;

    виведення обладнання із роботи.

Аварійні ситуації у електричних системах виникають миттєво та стихійно. Людина не здатна швидко зреагувати на їхню появу і вжити заходів до усунення. Ця функція покладається на автоматичні пристрої, вбудовані у вимикач.

В енергетиці прийнято поділ електричних систем за видами струму:

    постійний;

    змінний синусоїдальний.

Крім того, існує класифікація обладнання за величиною напруги на:

    низьковольтне – менше тисячі вольт;

    високовольтне – все інше.

Для всіх типів цих систем створюються автоматичні вимикачі, призначені для багаторазової роботи.


Ланцюги змінного струму

За потужністю електроенергії, що передається, автоматичні вимикачі в ланцюгах змінного струму умовно поділяють на:

1. модульні;

2. у литому корпусі;

3. силові повітряні.

Модульні конструкції

Специфічне виконання у вигляді невеликих стандартних модулів з кратною шириною 17,5 мм визначає їх назву та конструкцію з можливістю установки на Din-рейку.

Внутрішній пристрій одного з подібних автоматичних вимикачів показано на зображенні. Його корпус повністю виготовлений із міцного діелектричного матеріалу, що виключає .


Живлячий та відхідний дроти підключаються на верхній та нижній клемний затискач відповідно. Для ручного керування станом вимикача встановлено важіль із двома фіксованими положеннями:

    верхнє призначене для подачі струму через замкнений силовий контакт;

    нижнє – забезпечує розрив ланцюга живлення.

Кожен із подібних автоматів розрахований на тривалу роботуза певної величини (Iн). Якщо ж навантаження стає більше, відбувається розрив силового контакту. Для цього всередині корпусу розміщено два види захисту:

1. тепловий розчіплювач;

2. струмове відсікання.

Принцип їх роботи дозволяє пояснити частокова характеристика, що виражає залежність часу спрацьовування захисту від струму навантаження або аварії, що проходить крізь неї.

Представлений на малюнку графік наведено для одного конкретного автоматичного вимикача, коли зона роботи відсічення обрана 5÷10 крат номінального струму.


При початковому перевантаженні працює тепловий розчіплювач, виконаний з , яка при збільшеному струмі поступово нагрівається, згинається і впливає на механізм, що відключає не відразу, а з певною затримкою за часом.

У такий спосіб він дозволяє невеликим перевантаженням, пов'язаним із короткочасним підключенням споживачів, самоусунутись та виключити зайві відключення. Якщо ж навантаження забезпечить критичний нагрів проводки та ізоляції, відбувається розрив силового контакту.

Коли ж в ланцюзі, що захищається, виникає аварійний струм, здатний своєю енергією спалити обладнання, то в роботу вступає електромагнітна котушка. Вона імпульсом за рахунок кидка навантаження, що виникла, викидає сердечник на відключаючий механізм з метою миттєвого припинення позамежного режиму.

На графіці видно, що чим вищі струми коротких замикань, тим швидше відбувається їх відключення електромагнітним розчіплювачем.

За цими ж принципами працює побутовий запобіжник автоматичної ПАР.

При розриві високих струмів створюється електрична дуга, енергія якої може випалити контакти. Щоб унеможливити її дію в автоматичних вимикачах використовується дугогасна камера, що розділяє дуговий розряд на маленькі потоки і гасить їх за рахунок охолодження.

Кратність відсікання модульних конструкцій

Електромагнітні розчіплювачі налаштовуються та підбираються під роботу з певними навантаженнями тому, що при запуску вони створюють різні перехідні процеси. Наприклад, під час включення різних світильниківкороткочасний кидок струму через змінний опір нитки розжарення може наближатися до трьох крат номінальної величини.

Тому для розеткової групи квартир і ланцюгів освітлення прийнято вибирати автоматичні вимикачі з характеристиками часу струму типу «В». Вона становить 3÷5 Iн.

Асинхронні двигуни при розкручуванні ротора з приводом викликають великі струми перевантажень. Для них підбирають автомати з характеристикою «С», або – 5÷10 Iн. За рахунок створеного запасу за часом та струмом вони дозволяють двигуну розкрутитися та гарантовано вийти на робочий режим без зайвих вимкнень.

У промислових виробництвахна верстатах та механізмах зустрічаються навантажені приводи, підключені до двигунів, що створюють більш збільшені навантаження. Для таких цілей застосовують автоматичні вимикачі характеристики D з номіналом 10÷20 Iн. Вони добре себе зарекомендували під час роботи у схемах з активно-індуктивними навантаженнями.

Крім того, автомати мають ще три види стандартних частокових характеристик, які застосовуються в спеціальних цілях:

1. "А" - у довгих проводок з активним навантаженням або захистів напівпровідникових пристроїв з величиною 2÷3 Iн;

2. "K" - для виражених індуктивних навантажень;

3. "Z" - у електронних пристроїв.

У технічної документаціїу різних виробниківкратність спрацьовування відсікання для останніх двох типів може трохи відрізнятися.

Цей клас пристроїв здатний комутувати більші струми, ніж модульні конструкції. Їхнє навантаження може досягати величини до 3,2 кілоампера.


Вони виготовляються за тими ж принципами, що і модульні конструкції, але, з урахуванням підвищених вимог до пропускання збільшеного навантаження, їм намагаються надати відносно невеликі габарити та високу технічну якість.

Ці автомати призначені для безпечної роботина промислових об'єктах. За величиною номінального струму їх умовно поділяють на три групи з можливістю комутації навантажень до 250, 1000 та 3200 ампер.

Конструктивне виконання їх корпусу: три- або чотириполюсні моделі.

Силові повітряні вимикачі

Вони працюють у промислових установках та оперують струмами дуже великих навантажень до 6,3 кілоампера.


Це найскладніші пристрої комутаційних апаратів низьковольтного устаткування. Вони використовуються для роботи та захисту електричних систем як вступні та відхідні апарати розподільних установок підвищених потужностей і для підключення генераторів, трансформаторів, конденсаторів або потужних електродвигунів.

Схематичне зображення їх внутрішнього пристроюпоказано на зображенні.


Тут використовується вже подвійний розрив силового контакту і встановлені камери з ґратами на кожній стороні відключення.

В алгоритмі роботи беруть участь котушка включення, пружина, що замикає, мотор-привод взводу пружини та елементи автоматики. Для контролю протікаючих навантажень вбудований трансформатор струму із захисною та вимірювальною обмоткою.

Автоматичні вимикачі високовольтного обладнання відносяться до дуже складних технічним пристроямта виготовляються строго індивідуально під кожен клас напруги. Вони використовуються, як правило, .

До них висуваються вимоги:

    високої надійності;

    безпеки;

    швидкодії;

    зручності користування;

    відносної безшумності під час роботи;

    оптимальної вартості.

Навантаження, що розривають при аварійному відключенні, супроводжуються дуже сильною дугою. Для її гасіння використовуються різні способи, включаючи розрив ланцюга у спеціальному середовищі.

До складу такого вимикача входять:

    контактна система;

    дугогасний пристрій;

    струмопровідні частини;

    ізольований корпус;

    приводний механізм.

Один із таких комутаційних апаратів показаний на фотографії.

Для якісної роботисхеми в подібних конструкціях, крім робочої напруги, враховують:

    номінальну величину струму навантаження для надійної передачі у включеному стані;

    максимальний струм короткого замикання за чинним значенням, який здатний витримати механізм, що відключає;

    допустиму складову аперіодичного струму в момент розриву схеми;

    можливості автоматичного повторного включеннята забезпечення двох циклів АПВ.

За способами гасіння дуги під час відключення вимикачі класифікують на:

    олійні;

    вакуумні;

    повітряні;

    елегазові;

    автогазові;

    електромагнітні;

    автопневматичні.

Для надійної та зручної роботивони мають приводний механізм, який може використовувати один або кілька видів енергій або їх поєднань:

Залежно від умов застосування вони можуть створюватися з можливістю роботи під напругою від одного до 750 кіловольт включно. Звичайно, що вони мають різну конструкцію. габарити, можливості автоматичного та дистанційного керування, налаштування захисту для безпечної експлуатації.

Допоміжні системи таких автоматичних вимикачів можуть мати дуже складну розгалужену структуру та розміщуватись на додаткових панелях у спеціальних технічних будівлях.

Ланцюги постійного струму

У цих мережах теж працює величезна кількість автоматичних вимикачів, які мають різні можливості.

Електроустаткування до 1000 вольт

Тут масово впроваджуються сучасні модульні пристрої, що мають можливість кріплення на Din-рейку

Вони успішно доповнюють класи старих автоматів типу АЕ та інших подібних, які закріплювалися на стінках щитів гвинтовими з'єднаннями.

Модульні конструкції постійного струму мають такий самий пристрій та принцип роботи, як їх аналоги на змінній напрузі. Вони можуть виконуватися одним або декількома блоками та підбираються за навантаженням.

Електроустаткування вище 1000 вольт

Високовольтні автоматичні вимикачі для постійного струму працюють на установках електролізного виробництва, металургійних промислових об'єктах, залізничному та міському електрифікованому транспорті, підприємствах енергетики.


Основні технічні вимогидо роботи таких пристроїв відповідають їх аналогам на змінному струмі.

Гібридний вимикач

Вченим шведсько-швейцарської компанії ABB вдалося розробити високовольтний вимикач постійного струму, який поєднує у своєму пристрої дві силові конструкції:

1. елегазову;

2. вакуумну.

Він отримав назву гібридного (HVDC) та використовує технологію послідовного гасіння дуги відразу у двох середовищах: гексафториду сірки та вакууму. Для цього зібрано наступний пристрій.

На верхню шину гібридного вакуумного вимикача підводиться напруга, а з нижньої елегазової шини - знімається.

Силові частини обох комутаційних пристроїв з'єднані послідовно та керуються своїми індивідуальними приводами. Щоб вони одночасно працювали, створено пристрій управління синхронізованих координатних операцій, який передає команди на керуючий механізм з незалежним харчуванням по оптоволоконному каналу.

За рахунок застосування високоточних технологій розробникам конструкції вдалося досягти узгодженості дій виконавчих механізмів обох приводів, що укладається в проміжок часу менше однієї мікросекунди.

Управління вимикачем походить від блоку релейного захисту, вбудованого через ретранслятор до лінії електропередачі.

Гібридний вимикач дозволив значно підвищити ефективність складових елегазових та вакуумних конструкцій за рахунок використання їх спільних характеристик. При цьому вдалося реалізувати переваги перед іншими аналогами:

1. здатність надійно відключати струми КЗ при високовольтному напрузі;

2. можливість невеликого зусилля щодо комутацій силових елементів, яка дозволила значно зменшити габарити та. відповідно, вартість обладнання;

3. доступність виконання різних стандартів для створення конструкцій, що працюють у складі окремого вимикача або компактних пристроїв на одній підстанції;

4. здатність усувати наслідки швидко зростаючої напруги, що відновлюється;

5. можливість формування базового модуля для роботи з напругою до 145 кіловольт і вище.

Відмінна риса конструкції – здатність розривати електричний ланцюг за 5 мілісекунд, що практично неможливо виконувати силовими пристроями інших конструкцій.

Гібридний пристрій вимикача відзначено в числі десяти кращих розробокпротягом року за версією технологічного огляду МТІ (Массачусетського технологічного інституту).

Подібними дослідженнями займаються інші виробники електротехнічного обладнання. Вони також досягли певних результатів. Але компанія АВВ випереджає їх у цьому питанні. Її керівництво вважає, що під час передачі електроенергії змінного струму відбувається її великі втрати. Їх значно можна знизити, використовуючи ланцюги високовольтної постійної напруги.

Сучасну електричну мережу неможливо уявити без необхідних коштівзахисту, зокрема автоматичного вимикача. На відміну від застарілих плавких запобіжників, він призначений для багаторазового захисту мережі та електроустаткування. При цьому автоматичний вимикач захищає від струмів короткого замикання, зайвих перевантажень, деякі моделі навіть від неприпустимого падіння напруги. І ось у центрі всієї цієї конструкції найбільш значущим елементом є розчіплювач автоматичного вимикача. Саме від нього залежить надійність та швидкість спрацьовування, тому варто порівняти всі існуючі на даний момент різновиди.

Порівняння

Отже, серед перших можна назвати тепловий розчіплювач. Через свою конструкцію тепловий розчіплювач спрацьовує з витримкою часу. Чим більше перевищення струму, тим швидше спрацьовує тепловий розчіплювач. Так що час спрацьовування може змінюватись від кількох секунд до години. Саме тому чутливість автомата, де встановлений тепловий розчіплювач, завжди визначається частоковим характеристикою і відповідає класу B, C або D.

Наступний різновид належить до розчіплювачів миттєвої дії. Йдетьсяпро таке поняття, як електромагнітний розчіплювач. Він спрацьовує за частки секунди, що вигідно відрізняється від теплових розчіплювачів. Однак електромагнітний розчіплювач має і свою особливість - спрацьовування відбувається за значно більшого перевищення номінального струму. Виходячи з цього, електромагнітний розчіплювач також має певну чутливість і відноситься до одного з класів - A, B, C або D.

Найефективнішим можна назвати електронний розчіплювач автоматичного вимикача. Швидка швидкість спрацьовування та висока чутливість роблять електронний розчіплювач ідеальним засобомзахисту від перевантажень та струмів короткого замикання. Тому цей розчіпувач миттєвої дії використовують на більше струми.

Саме електронний розчіплювач часто монтують як на автоматичні вимикачі повітря, так і на автоматичні вимикачі в литому корпусі. Повітряні автоматичні вимикачі мають на увазі відкрите виконання (як правило, в металевому корпусі) і розраховані на силу струму до кількох тисяч ампер. Як уже було сказано, електронний розчіплювач через моментальну швидкість спрацьовування ідеально підходить для силових мереж. Що ж до автоматичних вимикачів у литому корпусі, то їх відрізняють компактні розміри та закрите виконання в корпусі з термореактивної пластмаси. Їх зручно монтувати на DIN-рейку, але закритий корпус має на увазі підвищені вимоги до надійності розчіплювача. Таким знову ж таки є електронний розчіплювач, де відсутні рухливі механічні елементи.

Принцип роботи

Незалежно від виду розчіплювача принцип його роботи заснований на розмиканні ланцюга у разі перевищення струмових характеристик. Будь-який розчіплювач є невід'ємною частиною автоматичного вимикача, що вбудована в нього або механічно пов'язана з ним. Розчіплювач автоматичного вимикача під впливом струмів короткого замикання або при перевищенні навантаження ініціює звільнення утримуючого пристрою в корпусі автоматичного вимикача. Внаслідок цього відбувається розмикання електричного ланцюга.

Конструкція

Конструкція багато в чому залежить від різновиду розчіплювача. Так, основою теплового розчіплювачаслужить біметалічна пластина - металева стрічка із двох смуг, що мають різні коефіцієнти теплового розширення. При проходженні через неї струмів, що перевищують допустиме значення, біметалічна пластина деформується, тим самим спрацьовує механізм розчеплення.

У електромагнітного розчіплювача конструкція є соленоїдом (обмоткою циліндричної форми) з рухомим сердечником. Струм проходить по обмотці соленоїда і у разі перевищення струмових характеристик сердечник втягується, впливаючи на механізм, що розмикає.

А ось електронний розчіплювач автоматичного вимикача не заснований на механічному впливіі є дещо іншою конструкцією. Він складається з контролера та датчиків струму. Контролер порівнює значення датчиків струму з встановленими характеристиками, а у разі перевищення заданих параметрів струму дає сигнал на вимкнення. Таким чином, електронний розчіплювач має більш гнучкі налаштування, дозволяючи налаштовувати параметри автоматичного вимикача під конкретні вимоги захисту електромережі.

Що таке автоматичний вимикач?

Автоматичний вимикач(автомат) - це комутаційний апаратпризначений для захисту електричної мережівід надструмів, тобто. від коротких замикань та перевантажень.

Визначення «комутаційний» означає, що даний апаратможе включати і відключати електричні ланцюги, тобто проводити їхню комутацію.

Автоматичні вимикачі бувають з електромагнітним розчіплювачем, що захищає електричний ланцюг від короткого замикання і комбінованим розчіплювачем — коли додатково з електромагнітним розчіплювачем застосовується тепловий розчіплювач, що захищає ланцюг від перевантаження.

Примітка:Відповідно до вимогами ПУЕпобутові електромережі мають бути захищені як від коротких замикань, так і від перевантаження, тому для захисту домашньої електропроводки слід застосовувати автомати саме з комбінованим розчіплювачем.

Автоматичні вимикачі поділяються на однополюсні (застосовуються в однофазних мережах), двополюсні (застосовуються в однофазних та двофазних мережах) і триполюсні (застосовуються в трифазних мережах), так само бувають чотириполюсні автоматичні вимикачі (можуть застосовуватись у трифазних мережах) заземлення TN-S).

  1. Пристрій та принцип роботи автоматичного вимикача.

На малюнку нижче представлено пристрій автоматичного вимикачаіз комбінованим розчепювачем, тобто. має електромагнітний і тепловий розчіплювач.

1,2 - відповідно нижня і верхня гвинтові клеми для підключення дроту

3 - рухомий контакт; 4 - дугогасна камера; 5 - гнучкий провідник (застосовується для з'єднання рухомих частин автоматичного вимикача); 6 - котушка електромагнітного розчіплювача; 7 - сердечник електромагнітного розчіплювача; 8 - тепловий розчіплювач (біметалічна пластина); 9 - механізм розчіплювача; 10 - рукоятка управління; 11 – фіксатор (для кріплення автомата на DIN-рейці).

Синіми стрілками на малюнку показано напрямок протікання струму через автоматичний вимикач.

Основними елементами автоматичного вимикача є електромагнітний та тепловий розчіплювачі:

Електромагнітний розчіплювачзабезпечує захист електричного кола від струмів короткого замикання. Він являє собою котушку (6) з серцевиком (7), що знаходиться в її центрі, який встановлений на спеціальній пружині, струм в нормальному режимі роботи проходячи по котушці згідно із законом електромагнітної індукції створює електромагнітне поле яке притягує сердечник всередину котушки, проте сили цього електромагнітного поляне вистачає щоб подолати опір пружини на якій встановлений сердечник.

При короткому замиканні струм в електричному ланцюгу миттєво зростає до величини в кілька разів перевищує номінальний струм автоматичного вимикача, цей струм короткого замикання проходячи по котушці електромагнітного розчіплювача збільшує електромагнітне поле, що впливає на сердечник до такої величини, що його сили втягування вистачає на те, щоб подолати опір пружини, переміщаючись всередину котушки сердечник розмикає рухомий контакт автоматичного вимикача.

При короткому замиканні (тобто при миттєвому зростанні струму кілька разів) електромагнітний розчіпувач відключає електричну ланцюг протягом частки секунди.

Тепловий розчіплювачзабезпечує захист електричного кола від струмів перевантаження. Перевантаження може виникнути при включенні в мережу електроустаткування загальною потужністю, що перевищує допустиме навантаженняданої мережі, що у свою чергу може призвести до перегріву проводів руйнування ізоляції електропроводки та виходу її з ладу.

Тепловий розчіплювач являє собою біметалеву пластину (8). Біметалічна пластина - ця пластина спаяна з двох пластин різних металів(метал "А" і метал "В" на малюнку нижче) мають різний коефіцієнт розширення при нагріванні.

При проходженні по біметалічній пластині струму перевищує номінальний струм автоматичного вимикача пластина починає нагріватися, при цьому метал B має більший коефіцієнт розширення при нагріванні, тобто. при нагріванні він розширюється швидше, ніж метал «A», що призводить до викривлення біметалічної пластини, Викривляючись вона впливає на механізм розчіплювача (9), який розмикає рухомий контакт (3).

Час спрацьовування теплового розчіплювача залежить від величини перевищення струму електромережі номінального струму автомата, чим більше це перевищення тим швидше спрацює розчіплювач.

Як правило тепловий розчіплювач спрацьовує при струмах в 1,13-1,45 разів, що перевищують номінальний струм автоматичного вимикача, при цьому при струмі, що перевищує номінальний в 1,45 рази, тепловий розчіпувач відключить автомат через 45хв - 1 годину.

При будь-якому відключенні автоматичного вимикача під навантаженням на рухомому контакті (3) утворюється електрична дуга яка надає руйнівний вплив на сам контакт, причому чим вище струм, що відключається, тим потужніша електрична дуга і тим більша її руйнівна дія ність. Для зведення до мінімуму шкоди від електричної дуги в автоматичному вимикачі вона направляється в дугогасну камеру (4), яка складається з окремих паралельно встановлених пластин, потрапляючи між цих пластин електрична дуга дробиться і згасає.

3. Маркування та характеристики автоматичних вимикачів.

ВА47-29— тип та серія автоматичного вимикача

Номінальний струм— максимальний струм електричної мережі, при якому автоматичний вимикач здатний довго працювати без аварійного відключенняланцюги.

Номінальна напруга— максимальна напруга мережі, на яку розрахований автоматичний вимикач.

ПКС- гранична відключаюча здатність автоматичного вимикача. Ця цифра показує максимальний струм короткого замикання, який здатний відключити цей автоматичний вимикач, зберігши при цьому свою працездатність.

У нашому випадку ПКС вказано 4500 А (Ампер), це означає, що при струмі короткого замикання (к.з.) меншому, або рівному 4500 А автоматичний вимикач здатний розімкнути електричну і залишитися в справному стані, якщо струм к.з. перевищить цю цифру виникає можливість оплавлення рухомих контактів автомата та їх приварювання один до одного.

Характеристика спрацьовування— визначає діапазон спрацьовування захисту автоматичного вимикача, а також час, за який це спрацювання відбувається.

Наприклад, у нашому випадку представлений автомат з характеристикою «C» його діапазон спрацьовування від 5·I н до 10·I н включно. (І н – номінальний струм автомата), тобто. від 5 * 32 = 160А до 10 * 32 + 320, це означає, що наш автомат забезпечить миттєве відключення ланцюга вже при струмах 160 - 320 А.

4. Вибір автоматичного вимикача

Вибір автомата здійснюється за такими критеріями:

- За кількістю полюсів:одно- та двополюсні застосовуються для однофазної мережі, Три- і чотириполюсні - в трифазній мережі.

— За номінальною напругою:Номінальна напруга автоматичного вимикача повинна бути більшою або дорівнює номінальній напрузі ланцюга, що захищається ним:

Uном. АВ⩾ Uном. мережі

- По номінальному струму:Визначити необхідний номінальний струм автоматичного вимикача можна одним із чотирьох наступних способів:

  1. За допомогою нашого.
  2. За допомогою нашого.
  3. За допомогою наступної таблиці:
  1. Розрахувати самостійно за такою методикою:

Номінальний струм автоматичного вимикача повинен бути більшим або дорівнює розрахунковому струму ланцюга, що захищається, тобто. тому струму на який розрахована дана електрична мережа:

Iном. АВ⩾ Iрозрах. мережі

Розрахунковий струм електричної мережі (I розрах. мережі) можна визначити за допомогою нашого або розрахувати його самостійно за формулою:

Iрозрах. мережі= Pмережі/(U мережі *K)

де: P мережі - потужність мережі, Ватт; U мережі – напруга мережі (220В або 380В); K - коефіцієнт (Для однофазної мережі: K = 1; Для трифазної мережі: K = 1,73).

Потужність мережі визначається як сума потужностей усіх електроприймачів у будинку:

Pмережі=(P 1 + P 2 …+ P n)*До

де: P 1 , P 2 , P n- Потужності окремих електроприймачів; До с- Коефіцієнт попиту (К с = від 0,65 до 0,8) у разі якщо в мережу підключається всього 1 електроприймач або група електроприймачів які включаються в мережу одночасно К с =1.

Як потужність мережі так само можна прийняти максимальну дозволену до використання потужність, наприклад, технічних умов, проекту чи договору електропостачання за їх наявності.

Після розрахунку струму електромережі приймаємо найближче більше стандартне значення номінального струму автомата: 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А і т.д.

ПРИМІТКА: Крім описаного вище способу існує можливість спрощеного розрахунку автоматичного вимикача, для цього необхідно:

  1. Визначити потужність мережі в кіловатах (1 кіловат = 1000 Ватт) за формулою наведеною вище:

P мережі = (P 1 + P 2 … + P n) * До, КВт

2. Визначити струм мережі помноживши розраховану потужність мережі на коефіцієнт переведення ( До п) рівний: 1,52 -для мережі 380 Вольт або 4,55 - для мережі 220 Вольт:

Iмережі= Pмережі*До п, Ампер

3. На цьому все. Тепер як і попередньому випадку отримане значення струму мережі округляємо до найближчого більшого стандартного значення номінального струму автомата.

І на завершення вибираємо характеристику спрацьовування(Див. таблицю характеристик вище). Наприклад, якщо нам потрібно поставити автомат для захисту електропроводки всього будинку, вибираємо характеристику «C», якщо електроосвітлення та розеточна група розділені на два різні автомати, то для освітлення можна встановити автомат з характеристикою «B», а на розетки — з характеристикою «C», якщо необхідний автомат захисту електродвигуна — вибираємо характеристику «D».

Наведемо приклад розрахунку:Є будинок в якому є наступні струмоприймачі:

  • Пральна машина потужністю 800 Ватт (Вт) (що дорівнює 0,8 кВт)
  • Мікрохвильова піч - 1200Вт
  • Електродуховка - 1500 Вт
  • Холодильник - 300 Вт
  • Комп'ютер - 400 Вт
  • Електрочайник - 1200Вт
  • Телевізор - 250Вт
  • Електроосвітлення - 360 Вт

Напруга мережі: 220 Вольт

Коефіцієнт попиту приймемо рівним 0,8

Тоді потужність мережі дорівнюватиме:

10

Автоматичні вимикачі – це пристрої, які призначені для захисного відключенняланцюгів постійного та змінного струму у випадках короткого замикання, струмового навантаження, зниження напруги або її зникнення. На відміну від плавких запобіжників автоматичні вимикачі мають більш точний струм відключення, можуть багаторазово використовуватися, а також при трифазному виконанні при спрацьовуванні запобіжника якась із фаз (одна або дві) можуть залишитися під напругою, що є теж аварійним режимом роботи (особливо при харчуванні трифазних електродвигунів).

Автоматичні вимикачі класифікують за виконуваними функціями, такими як:

  • Автомати мінімального та максимального струму;
  • Автомати мінімальної напруги;
  • Зворотній потужності;

Ми розглянемо принцип дії автоматичного вимикача з прикладу автомата максимального струму. Його схема показана нижче:

Де: 1 – електромагніт, 2 – якір, 3, 7 – пружини, 4 – вісь, якою рухається якір, 5 – засувка, 6 – важіль, 8 – силовий контакт.

При перебігу номінального струму система працює нормально. Як тільки струм перевищить допустиме значення уставки, послідовно включений в ланцюг електромагніт 1, подолає зусилля стримуючої пружини 3 і втягне якір 2, і провернувшись через вісь 4 засувка 5 звільнить важіль 6. Тоді пружина, що відключає 7 розімкне силові контакти 8. Так.

Нині створено автомати, які мають час відключення від 0,02 – 0,007 з струмами відключення 3000 – 5000 А.

Конструкції автоматичних вимикачів

Існує досить багато різних конструкційавтоматичних вимикачів як ланцюгів змінного, і ланцюгів постійного струму. У останнім часомдуже широкого поширення набули автомати малогабаритні, які призначаються для захисту від КЗ та струмових перевантажень мереж побутових та виробничих в установках на струми до 50 А та напругою до 380 В.

Головним захисним засобому таких вимикачах є біметалічні або електромагнітні елементи, що спрацьовують з певною витримкою часу при нагріванні. Автомати, в яких присутній електромагніт, мають досить велику швидкодію, і цей фактор дуже важливий при коротких замиканнях.

Нижче показаний корковий автомат на струм 6 А і напругою не перевищує 250 В:

Де: 1 – електромагніт, 2 – біметалічна пластина, 3, 4 – кнопки включення та вимикання відповідно, 5 – розчіплювач.

Біметалічну пластину, як і електромагніт, включають у ланцюг послідовно. Якщо через автоматичний вимикач протікає струм вище від номінального, пластина починає нагріватися. При тривалому перебігу перевищує струму пластина 2 деформується в результаті нагрівання, і впливає на механізм розчіплювача 5. При виникненні в ланцюзі короткого замикання електромагніт 1, миттєво втягне сердечник і цим теж впливає на розчіплювач, який розімкне ланцюг. Також даний типавтомата відключається вручну шляхом натискання кнопки 4, а включення тільки ручне шляхом натискання кнопки 3. Механізм розчеплення виконується у вигляді важеля, що ламається або засувки. Принципова електрична схемаавтомата показано нижче:

Де: 1 – електромагніт, 2 – біметалічна пластина.

Принцип дії автоматичних трифазних вимикачів практично нічим не відрізняється від однофазних. Трифазні вимикачі мають спеціальні дугогасні камери або котушки, залежно від потужності пристроїв.

Нижче наведено відео, що детально описує роботу автоматичного вимикача:



ПОХОДЖЕННЯ СТАТТІ