Автоматические выключатели.

Назначение.

Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для автоматического отключения электрических цепей при КЗ или ненормальных режимах (перегрузках, исчезновении или снижении напряжения), а также для нечастого включения и отключения токов нагрузки. В автоматах не применяются какие-либо специальной среды для гашения дуги. Дуга гасится в воздухе.

По числу полюсов автоматы бывают одно-, двух-, трех- и четырех-полюсными, изготавливаются на токи до 6000 А при напряжении переменного тока до 660 В и постоянного до 1000 В. Отключающая способность достигает 200−300 кА. В аварийных ситуациях автоматы обеспечивают одновременное отключение всех трех фаз. По времени срабатывания (tср) различают:

1. нормальные автоматические выключатели с tср = 0,02−0,1 с;

2. селективные с регулируемой выдержкой времени до 1 с;

3. быстродействующие с tср ≤ 0,005 с.

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей установкой аппаратов с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.

При КЗ и перегрузках выключатель отключается встроенным в него устройством релейной защиты, входной воздействующей величиной которого является ток. Это устройство называется максимальным расцепителем. Расцепитель контролирует заданный параметр защищаемой цепи и воздействует на расцепляющее устройство, отключающее автомат.

 

Наиболее распространенными расцепителями являются:

а) электромагнитные – для защиты от токов КЗ;

б) тепловые – для защиты от перегрузок;

в) комбинированные, совмещающие в себе электромагнитные и тепловые расцепители;

г) полупроводниковые, позволяющие ступенчато менять ряд характеристик.

Полупроводниковые расцепители имеют более стабильные параметры и удобны в настройке.

Если автомат не имеет максимальных расцепителей, то он используется только для коммутации цепей без тока.

 

Выключатели могут оснащаться дополнительными устройствами:

• нулевым или минимальным расцепителем, отключающим выключатель автоматически без выдержки времени при снижении напряжения соответственно до (0,1–0,35)⋅Uном и до (0,35–0,7)⋅Uном (напряжение срабатывания не регулируется, отсутствует возможность вводить замедление в действие защиты, что может быть причиной массовых отключений выключателей при КЗ в системе электроснабжения);

• независимым расцепителем (электромагнитом отключения) для дистанционного управления выключателем, время отключения не более 0,04 с;

• электродвигательным или электромеханическим приводом для дистанционного управления выключателем;

• свободными вспомогательными контактами, а выключатели серии ВА – также сигнальными контактами автоматического отключения;

• выдвижным устройством с вставными контактами главных и вспомогательных цепей – для включателей выдвижного исполнения.

Наименьший ток, вызывающий отключение автомата, называется током трогания или током срабатывания, а настройка расцепителя автоматического выключателя на заданный ток срабатывания – уставкой тока срабатывания.

Максимальный расцепитель выполняется по-разному. Его защитная (времятоковая) характеристика формируется из отдельных ступеней трехступенчатой защиты. Первая ступень – токовая отсечка без выдержки времени, вторая ступень – токовая отсечка с выдержкой времени, третья ступень – максимальная токовая защита или тепловая защита. Токовые отсечки и максимальная токовая защита выполняются или на базе электромагнитных реле (расцепитель электромагнитный) или на основе использования полупроводниковых элементов (расцепитель полупроводниковый). Для выполнения тепловой защиты используется термобиметаллический элемент (тепловой расцепитель), защита имеет зависимую от тока выдержку времени. На основе полупроводникового расцепителя выполняется максимальная токовая защита с зависимой и независимой от тока выдержкой времени.

 

Полупроводниковый расцепитель в условиях эксплуатации допускает регулировку:

• номинального тока расцепителя;

• тока срабатывания отсечки;

• времени срабатывания максимальной токовой защиты;

• времени срабатывания второй ступени защиты.

Тепловой расцепитель и электромагнитный расцепитель первой ступени защиты в условиях эксплуатации не регулируются. Они настраиваются на определенную уставку по току срабатывания предприятием-изготовителем.

 

Принцип действия автоматических выключателей.

Принцип действия — при протекании тока перегрузки происходит нагрев чувствительного элемента теплового расцепителя, при этом происходит его изгиб и, таким образом, осуществляется воздействие на рычаг свободного расцепления. При протекании токов короткого замыкания в защищаемой цепи создается сила электромагнитного взаимодействия, достаточная для срабатывания электромагнитного расцепителя. Электромагнитный расцепитель воздействует на рычаг свободного расцепления. Контактная система состоит из подвижного и неподвижного контактов, и в обоих случаях подвижный контакт отходит от неподвижного. Тем самым происходит разрыв цепи, а дугогасящая система обеспечивает эффективное затухание процессов, происходящих в воздушном промежутке между контактами при отходе подвижного контакта от неподвижного. Таким образом, электрическая цепь защищается от перегрузок и токов короткого замыкания.

 

Характеристики автоматических выключателей:

1. Номинальное напряжение – Ue – установленное изготовителем значение U, при котором обеспечивается работоспособность автоматического выключателя, особенно при КЗ.
2. Номинальное напряжение изоляции – Ui – установленное изготовителем значение U, по которому определяется величина испытательного U при испытании автоматического выключателя на электрическую прочность изоляции и расстояния утечки.
3. Номинальный ток – In – установленный изготовителем ток, который автоматический выключатель способен проводить в продолжительном режиме при указанной контрольной температуре окружающего воздуха.
4. Номинальная частота – частота, на которую рассчитан данный автоматический выключатель для обеспечения заданных характеристик.
5. Нормальная время-токовая зона (или характеристика, что не совсем правильно) – характеристика расцепления автоматического выключателя, должна обеспечивать надежную защиту проводников электрических цепей от сверхтока.
6. Стандартные диапазоны токов мгновенного расцепления (при которых автоматический выключатель может расцепиться без выдержки времени): тип В – свыше 3 In до 5 In; тип С – свыше 5 In до 10 In; тип D – свыше 10 In до 50 In.
7. Номинальная отключающая способность – Iсп – установленное изготовителем значение предельной наибольшей отключающей способности Iсп автоматического выключателя, для которой предписанные условия соответственно установленному циклу испытаний не предусматривают способности автоматического выключателя проводить в течение условного времени ток, равный 0,85 тока нерасцепления. Своими словами: Ток КЗ, который автомат может отключить и при этом останется в целости и сохранности (без повреждений).
8. Рабочая отключающая способность
9. Характеристика I*I*t (ток в квадрате*t) – кривая, отражающая максимальные значения I*I*t как функцию ожидаемого тока в указанных условиях эксплуатации.       

Ток расцепителя, ток уставки – это номинальный ток автоматического выключателя, который является наименьшим при расчете в данной цепи, но таким образом, чтобы автоматический выключатель не срабатывал при пусковых токах.

Как правильно выбирать автоматический выключатель для какой-либо нагрузки?

1. Выбрать выключатель необходимо так, что бы автомат был с комбинированным расцепителем, т.е. имел тепловой и электромагнитный расцепители. Подавляющее большинство продаваемых ныне автоматов, такими качествами обладают.

2. Номинальное значение автомата выбирается в зависимости от нагрузки линии, которую защищает автомат. В сети 220В нагрузка мощностью в 1кВт=4,54А. В сети 380В нагрузка мощностью в 1кВт=2,63А.

3. Соответсвенно, исходя из потребляемой мощности, выбирается, на сколько ампер будет установлен автомат. При пограничном значении, т.е. если ток длительной нагрузки 9,8А, то на 10А автомат лучше не ставить, а выбрать не ступень выше.

4. На однофазную нагрузку устанавливается однополюсный автомат, на трехфазную - трехполюсный (а не три однополюсных!). Есть еще двухполюсные и четырехполюсные автоматы, но про них отдельный разговор.

5. Ну и конечно, фактор цена-качество играет роль. Совсем дешевые автоматы ставить не советую.

6. ДЛЯ СПЕЦОВ: такие понятия как селективность, отключающая способность, климатические и другие исполнения и т.п. не упоминаются.

7. Обязательно ознакомиться с каталогами фирм производителей автоматический выключателей, например: ABB, siemens, general electric, благо из в сети интернет очень много или обратитесь к специалистам торгового дома “ИВА”, которые вам в этом помогут. 

Подключение автоматических выключателей.

Согласно требованиям к аппаратам защиты, Правил Устройства Электроустановок, "присоединение питающего проводника (кабеля или провода) к аппарату защиты должно выполняться, как правило, к неподвижным контактам". В большинстве автоматических выключателей такой контакт расположен сверху (в качестве примера, на фото представлен модульный однополюсный "автомат"). Как видно из выдержки ПУЭ, это требование носит, скорее, рекомендательный характер и связано с увеличением эффективности дугогашения. Номинальная отключающая способность автоматического выключателя при подаче питания на его неподвижный, нижний контакт никак не изменится.
Несмотря на отсутствие каких-то определенных жестких требований по поводу подключения автоматических выключателей в нормативной и сопроводительной документации, все-же лучше воспользоваться и обойтись без экспериментов, подав питание на "автомат" сверху - на его неподвижный контакт или контакты (если автоматический выключатель имеет несколько полюсов).
Этот негласный стандарт подключения автоматических выключателей, ставший сегодня, уже наверное, аксиомой при подключении "автоматов" гораздо предпочтительней в плане безопасности в их дальнейшей эксплуатации и ремонте обслуживающим персоналом.
Понятно, что квалифицированный электрик перед началом работ обязательно проверит отсутствие напряжения на выходе вводного "автомата", тем не менее, всегда лучше придерживаться привычной всем "классической" схемы подключения автоматических выключателей: питающий провод сверху, на неподвижный контакт, "отходящий" на нагрузку - снизу, на неподвижный.

По настоящему, правильный выбор устройств защиты предполагает учет всех характеристик автоматических выключателей, только в это случае можно гарантировать, действительно, надежную и качественную защиту цепей переменного тока от перегрузок и сверхтоков (коротких замыканий).

Подключение однополюсного автоматического выключателя делается очень просто:

• Сам автоматический выключатель одевается на дин рейку в щите.
• после чего в верхнюю клемму подключается питающий провод, а в нижнюю соответственно подключается защищаемая часть электропроводки.

Важно знать что провода в клеммах автоматического выключателя необходимо зажимать достаточно сильно чтобы контакт был надежным, но при этом нельзя передавить, иначе провод может просто отломаться.