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:

1. Продолжительная задержка. Здесь электронный расцепитель служит как тепловой, заграждая цепи от перегрузок.
2. Короткая задержка. Производит защиту от несущественных коротких замыканий, которые обычно происходят в конце защищаемой цепи.
3. 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.

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.

С самого начала возникновения электричества инженеры стали думать над безопасностью электрических сетей и устройств от токовых перегрузок. Вследствие этого было сконструировано много разных устройств, которые отличаются надежной и качественной защитой. Одними из последних разработок стали электрические автоматы.

Этот прибор называется автоматическим по причине того, что он оснащен функцией отключения питания в автоматическом режиме, при возникновении коротких замыканий, перегрузок. Обычные предохранители после срабатывания подлежат замене на новые, а автоматы после устранения причин аварии можно снова включить.

Такое защитное устройство необходимо в любой схеме электрической сети. Защитный автомат защитит здание или помещение от разных аварийных ситуаций:

• Пожаров.
• Ударов человека током.
• Неисправностей электропроводки.

Виды и конструктивные особенности

Необходимо знать информацию о существующих видах автоматических выключателей, чтобы во время приобретения правильно выбрать подходящее устройство. Имеется классификация электрических автоматов по нескольким параметрам.

Отключающая способность

Это свойство определяет ток короткого замыкания, при котором автомат разомкнет цепь, тем самым отключит сеть и приборы, которые были подключены к сети. По этому свойству автоматы подразделяются:

• Автоматы на 4500 ампер, применяются для предотвращения неисправностей силовых линий жилых домов старой постройки.
• На 6000 ампер, используются для предотвращения аварий при замыканиях в сети домов в новостройках.
• На 10000 ампер, применяются в промышленности для защиты электрических установок. Ток такой величины может образоваться в непосредственной близости от подстанции.

Срабатывание автоматического выключателя возникает при замыканиях, сопровождающихся возникновением определенной величины тока.

Автомат защищает электропроводку от повреждения изоляции большим током.

Число полюсов

Это свойство говорит нам о наибольшем количестве проводов, которые возможно подключить к автомату для обеспечения защиты. При аварии, напряжение на этих полюсах отключаются.

Особенности автоматов с одним полюсом

Такие электрические автоматы наиболее простые по своей конструкции, и служат для защиты отдельных участков сети. К такому автоматическому выключателю можно подсоединить два провода: вход и выход.

Задачей таких устройств является защита электрической проводки от перегрузок и КЗ проводов. Нейтральный провод подключается к нулевой шине, в обход автомата. Заземление подключается отдельно.

Электрические автоматы с одним полюсом не являются вводными, так как при его отключении разрывается фаза, а нулевой провод по-прежнему остается соединенным с питанием. Это не обеспечивает защиту на 100%.

Свойства автоматов с двумя полюсами

В случаях, когда при аварии требуется полное отсоединение от электрической сети, используют автоматические выключатели с двумя полюсами. Они используются как вводные. В аварийных случаях, либо при коротком замыкании вся электрическая проводка отключается в одно время. Это дает возможность осуществлять работы по ремонту и обслуживанию, а также проведения работ по подключению оборудования, так как гарантирована полная безопасность.

Двухполюсные электрические автоматы используют, когда необходимо наличие отдельного выключателя для устройства, работающего от сети 220 вольт.

Автомат с двумя полюсами подключают к устройству с помощью четырех проводов. Из них два приходят от сети питания, а другие два выходят из него.

Трехполюсные электрические автоматы

В электрической сети, имеющей три фазы, применяются 3-полюсные автоматы. Заземление оставляют незащищенным, а проводники фаз соединяют с полюсами.

Трехполюсный автомат служит вводным устройством для любых трехфазных потребителей нагрузки. Чаще всего такой вариант исполнения автомата применяют в промышленных условиях для питания электричеством электродвигателей.

К автомату можно подключить 6 проводников, три из которых – фазы электрической сети, а остальные три выходящие от автомата, и обеспеченные защитой.

Использование четырехполюсного автомата

Чтобы обеспечить защитой трехфазную сеть с четырехпроводной системой проводников (например, электродвигатель, включенных по схеме «звезды»), применяют 4-полюсный автоматический выключатель. Он играет роль вводного устройства четырехпроводной сети.

Имеется возможность подключения к устройству восьми проводников. С одной стороны – три фазы и ноль, с другой стороны – выход трех фаз с нолем.

Время-токовая характеристика

Когда устройства, потребляющие электроэнергию, и электрическая сеть работают в нормальном режиме, то происходит обычное протекание тока. Это явление касается и электрического автомата. Но, в случае повышения силы тока по разным причинам выше номинального значения, происходит срабатывание расцепителя автомата, и цепь разрывается.

Параметр этого срабатывания называется время-токовой характеристикой электрического автомата. Она является зависимостью времени сработки автомата и соотношения между реальной силой тока, проходящей через автомат, и номинальным значением тока.

Важность этой характеристики заключается в том, что обеспечивается наименьшее число ложных срабатываний с одной стороны, и осуществляется защита по току, с другой стороны.

В энергетической промышленности бывают ситуации, когда кратковременное повышение тока не связано с аварией, и защита не должна срабатывать. Также происходит и с электрическими автоматами.

Время-токовые характеристики определяют, через какое время сработает защита, и какие параметры силы тока при этом возникнут. Чем больше перегрузка тем быстрее сработает автомат.

Электрические автоматы с маркировкой «В»

Автоматические выключатели категории «В», способны отключаться за 5 — 20 с. При этом значение тока составляет от 3 до 5 номинальных значений тока ≅0.02 с. Такие автоматы используются для защиты бытовых устройств, а также всей электропроводки квартир и домов.

Свойства автоматов с маркировкой «С»

Электрические автоматы этой категории могут выключиться за время 1 — 10 с, при 5 — 10 кратной токовой нагрузке ≅0.02 с. Такие применяют во многих областях, наиболее популярны для домов, квартир и других помещений.

Значение маркировки « D» на автомате

С таким классом автоматы используются в промышленности и выполнены в виде 3-полюсных и 4-полюсных исполнений. Их применяют для того, чтобы защитить мощные электрические моторы и разные трехфазные устройства. Время их сработки составляет до 10 секунд, при этом ток срабатывания может превышать номинальное значение в 14 раз. Это дает возможность с необходимым эффектом использовать его для защиты различных схем.

Электродвигатели со значительной мощностью чаще всего подключают через электрические автоматы с характеристикой «D», т.к. пусковой ток высокий.

Номинальный ток

Имеется 12 вариантов исполнения автоматов, которые различаются по характеристике номинального тока работы, от 1 до 63 ампер. Этот параметр определяет скорость выключения автомата при достижении предельного значения тока.

Автомат по этому свойству выбирают с учетом поперечного сечения жил проводов, допускаемому току.

Принцип действия электрических автоматов

Обычный режим

При обычной работе автомата управляющий рычаг взведен, ток поступает через провод питания на верхней клемме. Далее ток идет на неподвижный контакт, через него на подвижный контакт и по гибкому проводу на катушку соленоида. После него по проводу ток идет на биметаллическую пластину расцепителя. От него ток проходит на нижнюю клемму и дальше на нагрузку.

Режим перегрузки

Этот режим возникает при превышении номинального тока автомата. Биметаллическая пластина нагревается большим током, изгибается и размыкает цепь. Для действия пластины требуется время, которое зависит от значения проходящего тока.

Автоматический выключатель является аналоговым устройством. При его настройке есть определенные сложности. Ток срабатывания расцепителя настраивается на заводе специальным регулировочным винтом. После остывания пластины автомат снова может функционировать. Температура биметаллической пластины зависит от окружающей среды.

Расцепитель действует не сразу, давая возможность току к возврату номинального значения. Если ток не снижается, то расцепитель срабатывает. Перегрузка может возникнуть из-за мощных устройств на линии, либо подключении сразу нескольких устройств.

Режим короткого замыкания

При этом режиме ток возрастает очень быстро. Магнитное поле в катушке соленоида движет сердечник, приводящий в действие расцепитель, и отключает контакты сети питания, тем самым снимает аварийную нагрузку цепи и защищает сеть от возможного пожара и разрушения.

Электромагнитный расцепитель действует мгновенно, чем отличается от теплового расцепителя. При размыкании контактов рабочей цепи появляется электрическая дуга, величина которой зависит от тока в цепи. Она вызывает разрушение контактов. Чтобы предотвратить это отрицательное действие, сделана дугогасительная камера, которая состоит из параллельных пластин. В ней дуга затухает и исчезает. Возникающие газы отводятся в специальное отверстие.

В этой статье мы рассмотрим основные характеристики автоматических выключателей, которые необходимо знать, чтобы правильно ориентироваться при их выборе — это номинальный ток и время токовые характеристики автоматических выключателей .

Напомню, что эта публикация входит в серию статей и видео, посвященных электрическим аппаратам защиты из курса

Основные характеристики автоматического выключателя указываются на его корпусе, где также наносится торговая марка или бренд производителя и каталожный либо серийный номер.

Самая главная характеристика автоматического выключателя - номинальный ток . Это максимальный ток (в Амперах), который может протекать через автомат бесконечно долго, не отключая защищаемую цепь. При превышении протекающим током этой величины, автомат срабатывает и размыкает защищаемую цепь.

Ряд значений номинального тока автоматических выключателей стандартизован и составляет:

6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100А.

Величина номинального тока автомата указывается на его корпусе в амперах и соответствует температуре окружающей среды +30˚С. С увеличением температуры, значение номинального тока снижается.

В момент подключения в электрическую сеть некоторых потребителей, например, холодильников, пылесосов, компрессоров и др. в цепи кратковременно возникают пусковые токи, которые могут в несколько раз превышать номинальный ток автомата. Для кабеля такие кратковременные броски тока не страшны.

Поэтому, чтобы автомат не выключался каждый раз при небольшом кратковременном возрастании тока в цепи, применяют автоматы с разными типами время-токовой характеристики.

Таким образом, следующая основная характеристика:

время-токовая характеристика срабатывания автоматического выключателя - это зависимость времени отключения защищаемой цепи, от силы протекающего через нее тока. Ток указывается как отношение к номинальному току I/Iном, т.е. во сколько раз протекающий через автомат ток превышает номинальный для данного автоматического выключателя.

Важность этой характеристики заключается в том, что автоматы с одинаковым будут отключаться по-разному (в зависимости от типа время-токовой характеристики). Это дает возможность уменьшить количество ложных срабатываний, применяя автоматические выключатели с различными токовыми характеристиками для разных типов нагрузки,

Рассмотрим типы время-токовых характеристик:

— Тип A (2-3 значения номинального тока) применяются для защиты цепей с большой протяженностью электропроводки и для защиты полупроводниковых устройств.

— Тип B (3-5 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с малым значением кратности пускового тока с преимущественно активной нагрузкой (лампы накаливания, обогреватели, печи, осветительные электросети общего назначения). Показаны для применения в квартирах и жилых зданиях, где нагрузки в основном активные.

— Тип C (5-10 значений номинального тока) применяются для защиты цепей установок с умеренными пусковыми токами — кондиционеры, холодильники, домашние и офисные розеточные группы, газоразрядные лампы с повышенным пусковым током.

— Тип D (10-20 значений номинального тока) применяются для защиты цепей, питающих электроустановки с высокими пусковыми токами (компрессоры, подъемные механизмы, насосы, станки). Устанавливаются, в основном, в производственных помещениях.

— Тип K (8-12 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с индуктивной нагрузкой.

— Тип Z (2,5-3,5 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с электронными приборами, чувствительными к сверхтокам.

В быту обычно используются с характеристиками B ,C и очень редко D . Тип характеристики обозначается на корпусе автомата латинской буквой пред значением номинального тока.

Маркировка «С16» на автоматическом выключателе будет обозначать, что он имеет тип мгновенного расцепления С (т.е. срабатывает при величине тока от 5 до 10 значений от номинального тока) и номинальный ток, равный 16 А.

Время-токовая характеристика автоматического выключателя обычно приводится в виде графика. На горизонтальной оси указывается кратность значения номинального тока, а по вертикальной оси — время срабатывания автомата.

Широкий диапазон значений на графике обусловлен разбросом параметров автоматических выключателей, которые зависят от температуры — как внешней, так и внутренней, поскольку автоматический выключатель нагревается проходящим через него электрическим током, особенно, при аварийных режимах — током перегрузки или током короткого замыкания (КЗ).

На графике видно, что при значении I/Iн≤1 время отключения автоматического выключателя стремится к бесконечности. Другими словами, до тех пор, пока ток, протекающий через автоматический выключатель, меньше или равен номинальному току, автоматический выключатель не сработает (не отключится).

Также график показывает, что чем больше значение I/Iн (т.е. чем больше протекающий через автомат ток превышает номинальный), тем быстрее автоматический выключатель отключится.

При протекании через автоматический выключатель тока, величина которого равна нижней границе диапазона срабатывания электромагнитного расцепителя (3In для «В», 5In для «С» и 10In для «D»), он должен отключиться за время более 0,1с.

При протекании тока, равного верхней границе диапазона срабатывания электромагнитного расцепителя (5In для «В», 10In для «С» и 20In для «D»), автоматический выключатель отключится за время менее 0,1с. Если значение тока главной цепи находится внутри диапазона токов мгновенного расцепления, автоматический выключатель расцепляется либо с незначительной выдержкой, либо без задержки времени (менее 0,1 с).

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.