Расцепитель автоматического выключателя
Электрическую цепь от возникающих при перегрузке и коротком замыкании сверхтоков защищает автоматический выключатель: при возникновении аварийного режима встроенный в него расцепитель реагирует на превышение номинального тока и приводит в действие механизм взвода-расцепления, в результате срабатывания которого отключается питание цепи.
За номинальный ток расцепителя автоматического выключателя принимается бесконечно долго протекающий в защищаемой цепи ток, не вызывающий срабатывание расцепителя при температуре 30° С.
Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя
Электромагнитный расцепитель – это катушка индуктивности (соленоид) с подвижным сердечником: при многократном мгновенном возрастании проходящего по обмотке катушки тока образуется мощное магнитное поле, под воздействием которого сердечник перемещается внутри катушки и нажимает на рычаг механизма взвода-расцепления, выключая аварийный участок цепи.
Минимальный ток отключения автоматического выключателя определяет тип мгновенного расцепления, зависящий от чувствительности электромагнитного расцепителя (ток мгновенного расцепления кратен номинальному току):
- от 3 до 5 In – тип В;
- от 5 до 10 In – тип С;
- от 10 до 20 In –тип D;
- от 2 до 4 In – тип Z;
- от 10 до 14 In – тип K.
Представленные на графике кривые наглядно показывают пределы токов мгновенного отключения для типа B, C, D и время срабатывания расцепителей, зависящее от величины превышения фактического тока над номинальным.
Тепловой расцепитель автоматического выключателя
Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, один конец которой закреплен в токопроводящем кронштейне, к другому концу присоединен гибкий медный проводник. При прохождении тока полосы металла с разным линейным коэффициентом теплового расширения неравномерно нагреваются, вызывая изгибание пластины. При воздействии тока, превышающего номинальный в 1,13–1,45 раз, незакрепленный конец биметаллической пластины изгибается достаточно сильно, чтобы достичь рычага механизма взвода-расцепления и вызвать срабатывание выключателя.
Нагрев биметаллической пластины происходит не мгновенно – тепловой расцепитель автоматического выключателя срабатывает с некоторой задержкой.
Чаще всего в автоматических выключателях используются два вида расцепителей. Наличие двух видов расцепления обозначается буквенно-числовой маркировкой (В16 или С32), нанесенной на автоматические выключатели, характеристики срабатывания расцепителя разного типа определяют времятоковую характеристику:
- латинская буква – тип электромагнитного расцепителя по току мгновенного расцепления;
- цифра – номинальный ток, при превышении которого сработает тепловой.
Электронный расцепитель автоматического выключателя
Принцип действия электронного расцепителя основан на обработке информации от датчиков (в сети переменного тока – измерительные трансформаторы тока, в сети постоянного тока – магнитные усилители) электронной частью (аналоговой или цифровой схемами). Если параметры контролируемой сети отличаются от заданных, на отключающую катушку расцепителя подается сигнал, активирующий срабатывание механизма расцепления.
Электронный расцепитель позволяет регулировать параметры автоматического выключателя в процессе эксплуатации в соответствии с требованиями защищаемой цепи.
Регулировка автоматических выключателей с тепловым и электромагнитным расцепителями, которые настраиваются на определенную величину тока срабатывания (уставку) на заводе-изготовителе, потребителями не производится.
Тепловой расцепитель автоматического выключателя
Частью конструкции автоматического выключателя (автомата) является тепловой расцепитель. Дело в том, что внутри автоматического выключателя реализовано сразу два пути защиты от токовой перегрузки:
- электромагнитный расцепитель, размыкающий цепь при превышении номинального тока в разы (при коротком замыкании) ;
- тепловой расцепитель, срабатывающий при меньших токах перегрузки, но обладающий, однако, меньшим быстродействием чем его электромагнитный соратник.
Разумеется, при прохождении по проводке тока немного большего, чем ее расчетный ток, проводка не перегорит, поэтому быстродействия теплового расцепителя обычно достаточно.
Кинематическая схема автоматического выключателя:
1 – тепловой расцепитель; 2 – электромагнитный расцепитель; 3 – минимальный расцепитель; 4 – независимый расцепитель; 5 – электромагнитный привод; 6 – рукоятка управления; 7 – пружина, ускоряющая отключение; 8, 9, 10 – механизм свободного расцепления; 11 – подвижный контакт; 12 – неподвижный контакт; 13 – контактная пружина.
Расцепители – устройства, обеспечивающие автоматическое размыкание контактов посредством воздействия на механизм свободного расцепления в аварийном режиме работы цепи или служащие для дистанционного отключения выключателя.
Устройство автоматического выключателя:
Время-токовая характеристика — зависимость времени срабатывания аппарата защиты (времени плавкой перегорания вставки предохранителя) от значения тока, протекающего через его измерительный элемент (плавкую вставку предохранителя), нагревательный элемент электротеплового реле. Иногда можно встретить другие названия время-токовой характеристики — ампер-секундная характеристика или просто — защитная характеристика.
Время-токовая характеристика – это основная характеристика автоматического выключателя отражающая зависимость времени срабатывания автоматического выключателя при возникновении аварийного режима от величины тока цепи. Она имеет вид гиперболы, поэтому чем больше протекающий через аппарат защиты ток, тем меньше время его срабатывания. Однако данное время не может быть меньше собственного времени срабатывания.
В зависимости от типа установленных в автоматическом выключателе расцепителей, он может иметь такие времятоковые характеристики, как:
- зависимая от тока характеристика времени срабатывания. Такую характеристику имеет тепловой расцепитель. Она характеризуется током срабатывания при перегрузке, а время срабатывания зависит от величины тока.
- независимая от тока характеристика времени срабатывания. Такую характеристику имеет электромагнитный расцепитель. Она характеризуется током срабатывания отсечки. Срабатывание может быть мгновенным или с выдержкой времени;
- ограниченно зависимая от тока (двухступенчатая) характеристика времени срабатывания. Такую характеристику имеет комбинированный расцепитель (тепловой и электромагнитный).
Время-токовая характеристика, для упрощения, может изображаться одной линией, проходящей в середине оны срабатывания.
Тепловой расцепитель построен на основе биметаллической пластины, которая разогревается от проходящего через нее тока, при этом постепенно изгибается, если ток становится все выше и выше относительно номинального для данного автомата (типового, который значится в маркировке), что в конце концов приводит к размыканию защищаемой этим автоматом цепи. Когда пластина изгибается, усилие ее изгиба передается на тягу, которая в свою очередь давит на курок механизма расцепления.
Минимальный ток срабатывания для конкретного теплового расцепителя составляет 1,45 его номинального тока (уставки), а время срабатывания зависит от время-токовой характеристики рассматриваемого автомата, и в зависимости от величины тока перегрузки и от начальной температуры биметаллической пластины, — может составлять от нескольких секунд до часа и даже двух в зависимости от типа автомата.
Устройство теплового расцепителя автоматического выключателя:
Работа теплового расцепителя:
Холодный автомат при токе в 2,55 раза больше номинального разомкнет цепь максимум через одну минуту, а в горячем состоянии — через несколько секунд (это справедливо для автоматов номиналом до 32А). Поэтому выбирая автомат для своего щитка необходимо понимать, что номинальный ток автомата — это не ток его срабатывания.
Предельно допустимый ток для проводки, при котором должно происходить отключение автомата, желательно сопоставлять с время-токовой характеристикой выбираемого автомата, ориентируясь на его тип (B, C, D).
Биметаллическая пластина автоматического выключателя представляет собой две плотно прижатые друг к другу, но не сплавленные, металлические полосы, изготовленные из металлов с различными коэффициентами теплового расширения. Две полосы скреплены друг с другом с одного конца пайкой или сваркой. Другие их концы закреплены в корпусе выключателя неподвижно.
Когда автоматический выключатель установлен в цепь, биметаллическая пластина оказывается включена в эту цепь последовательно с нагрузкой. В результате её нагревания проходящим электрическим током, пластина изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. В случае перегрузки изгиб пластины обеспечивает отключение автоматического выключателя путем активации механизма разъединения.
Обозначение теплового расцепителя на корпусе выключателя Hager:
Когда автоматический выключатель только пребывает на стадии изготовления, ток срабатывания теплового расцепителя настраивается при помощи специального регулировочного (юстировочного) винта, который скрыт внутри автомата и находится возле одной из его клемм.
Как только автомат сработал, его биметаллическая пластина начинает остывать и выпрямляться, так что через некоторое время автомат снова готов к полноценной работе, стоит только заново взвести его рычаг. Подобными способностями плавкий предохранитель не похвастается.
- Что такое расцепители максимального и минимального напряжения и как используются?
- Как правильно выбрать автомат для замены старого в электрощите
- Как защитить проводку от перегрузки и короткого замыкания
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Все про автоматы и УЗО
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:
Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо — Electrik.info, Андрей Повный
Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
Перепечатка материалов сайта запрещена.
Как выбрать автоматический выключатель
Модульный автоматический выключатель — это аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от коротких замыканий, перегрузки, а также для нечастых коммутаций, устанавливаемый на DIN рейку.
Изображение 1 — модульные автоматы: а) на ток до 63А; б) на ток до 125А
Выясним какие функции защиты должен выполнять автомат:
1. Отключение участка цепи при недопустимой перегрузке
Если ток в защищаемой цепи будет больше допустимого значения, срок службы изоляции проводов существенно снизится, так же возможно возникновение пожара. Тепловой расцепитель (Т.Р.) работает с выдержкой времени, поэтому кратковременные перегрузки до 13% автоматом не отключаются. Расцепители модульных аппаратов выпускают с определенным шагом по току: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 А.
Узнать какой номинальный ток имеет Т.Р. можно по маркировке автоматического выключателя. На изображении 1а автомат имеет номинальный ток ТР Iтр=16А, на рис.1б Iтр=100А.
Номинальный ток теплового расцепителя групповых автоматов для новой электропроводки может принимать нижеследующие значения:
10А для линий освещения (сечение провода 1,5 мм 2 по меди);
16А для розеточных линий жилых комнат (сечение 2,5 мм 2 по меди);
25А для розеточных линий кухни (сечение 4 мм 2 по меди);
40А для электроплиты (сечение 6 мм 2 по меди).
При этом номинальный ток вводного автомата должен быть на ступень выше самого большого номинала группового автомата. Например, для представленного случая, это 50А. Не стоит забывать, что сетевая организация в технических условиях на подключение к электросети устанавливает максимальный ток автомата, который может быть установлен на вводе.
Если вы укладываете новую проводку, можно узнать сечение по маркировке на проводе. Если же провода давно заложены в стены, то узнать сечение можно, измерив диаметр жилы провода:
1,5 мм 2 — 1,38 мм
2,5 мм 2 — 1,78 мм
4 мм 2 — 2,25 мм
6 мм 2 — 2,76 мм
10 мм 2 — 3,56 мм
16 мм 2 — 4,51 мм
Алюминиевые провода хуже проводят ток, поэтому номинал автомата должен быть на одну ступень ниже, чем для меди такого же сечения.
Количество линий в доме определяется, исходя из нагрузки. Например, если в доме 4 жилых комнаты, и мощность электроприборов в них превышает 3500 Вт, то одной линии на 16А будет недостаточно, необходима прокладка двух линий. Узнать какую мощность можно подключить к линии легко узнать из формулы
P = I*U, Вт
где I – ток теплового расцепителя автомата;
U – напряжение в сети 220В
Например, для линии с медной проводкой под защитой автомата на 20А допустимая мощность подключаемых приборов не более 20*220 = 4400 Вт.
Очень важно понимать, что провода электропроводки должны иметь соответствующее сечение, иначе автомат не будет эффективно защищать их!
2. Отключение цепи при коротком замыкании
КЗ — самое разрушительное из всех повреждений, поэтому оно должно быть отключено за максимально короткое время, которое устанавливается ПУЭ п.1.7.79. Например, для напряжения 220В время отключения КЗ не должно превышать 0,4с. Указанное время обеспечивается, если при КЗ автомат отключается ЭмР — электромагнитным расцепителем, то есть без выдержки времени.
Номинал ЭмР указан на маркировке автомата в виде буквенного обозначения характеристики срабатывания:
В — (3-5)*Iтр, С — (5-10)*Iтр, D – (10-20)*Iтр.
Например, для автомата на изобр. 2 гарантированное срабатывание ЭмР произойдет при токе свыше 10*16=160А, гарантирование несрабатывание при токе менее 5*16=80А.
Изображение 2 — однополюсные автоматические выключатели с характеристикой «В», «С» и «D»
а) Уставка ЭмР 40-80А,
б) Уставка ЭмР 80-160А
с) Уставка ЭмР 160-320А
Выбор характеристики произведем в зависимости от типа подключенных электроприборов.
- Линии бытового освещения — характеристика «В»
- Розеточные линии жилых помещений без возможности подключения ручного электроинструмента — «В»
- Розеточные линии жилых помещений с возможностью подключения ручного электроинструмента — «С»
- Розеточные линии гаражей, мастерских без мощного электроинструмента — «С»
- Розеточные линии гаражей, мастерских с мощным электроинструментом — «D»
- Вводные автоматические выключатели — «D»
3. Многоразовое использование
Хороший автомат способен многократно отключать токи КЗ и перегрузки.
Изображение 3 — момент отключения тока КЗ двухполюсным автоматом С20
В рамочке на автомате указано число 4500, 6000 или 10000.
Изображение 4 — автоматы с ПКС 4500, 6000 и 10000 ампер
Это максимальный ток КЗ, который способен отключить автомат без разрушения три раза.
- 4500А — для групповых автоматов в старых сетях, выполненных алюминиевым проводом
- 6000А — для групповых и вводных автоматов в распределительных щитках квартир и подъездов жилых домов с медной проводкой
- 10000А — для вводных щитов в здание
Указанных значений будет вполне достаточно для надежного разрыва цепи при аварии, так как ток короткого замыкания в жилых зданиях редко превышает 3000А.
Помните, что только правильно подобранный автоматический выключатель стоит на страже вашего имущества!
Описание параметра «Тип встроенного расцепителя»
Тепловой расцепитель — обеспечивает защиту только от перегрузок по току.
Электромагнитный расцепитель — обеспечивает защиту только от коротких замыканий.
Термо-магнитный (магнитотермический, комбинированный) расцепитель — состоит из двух типов расцепителей — теплового и электромагнитного. Обеспечивает защиту как от перегрузки по току так и от коротких замыканий.
Термо-магнитный (магнитотермический, комбинированный) расцепитель, с защитой от токов утечек — кроме защиты от перегрузок и коротких замыканий обеспечивает защиту людей и электроустановок от замыкания на землю.
Электронный расцепитель (электронный блок защиты — Overcurrent Release) — (в зависимости от исполнения) обеспечивает максимальное количество типов защит.
Устройство расцепителей
Тепловой расцепитель
Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, которая при нагревании изгибается и воздействует на механизм свободного расцепления. Биметаллическую пластину изготавливают методом механического соединения двух металлических лент. Выбираются два материала с разными коэффициентами температурного расширения и соединяются между собой с помощью спаивания, заклёпывания или свариваются.
- нет подвижных частей;
- стойкость к механическим нагрузкам (вибрации, удары);
- нетребовательность к загрязнениям;
- простота конструкции;
- низкая цена.
- высокое собственное потребление энергии;
- чувствительны к изменениям температуры окружающей среды;
- при нагреве от сторонних источников могут вызывать ложные срабатывания.
Электромагнитный расцепитель
Электромагнитный расцепитель является устройством мгновенного действия. Представляет собой соленоид, сердечник которого воздействует на механизм свободного расцепления. При протекании по обмотке соленоида сверхтока, создаётся магнитное поле, которое перемещает сердечник, с преодолением сопротивления возвратной пружины.
ЭМ расцепитель может настраиваться (на заводе производителе или потребителем) на срабатывание при токах КЗ значениями от 2 до 20 In. Погрешность настройки варьируется около ±20% от заданного значения силы тока для выключателей в литом корпусе.
Для силовых автоматических выключателей уставку срабатывания при коротком замыкании (значение тока, при котором инициируется расцепление) могут указывать как значением в амперах, так и в кратности номинальному току.
Встречаются уставки: 3,5In; 7In, 10In; 12In и другие.
- простота конструкции;
- стойкость к механическим нагрузкам (вибрации, удары).
- создаёт магнитное поле.
Термомагнитный расцепитель
Часто применяется последовательное соединение теплового и электромагнитного расцепителя. В зависимости от производителя, такое связывание двух устройств называют комбинированным или термомагнитным расцепителем.
Термомагнитный или комбинированный расцепитель
Термомагнитный расцепитель с защитой от токов утечек
Автомат с данными расцепителями кроме теплового и электромагнитного расцепителей имеет блок способный обнаружить ток повреждения на землю с помощью тороидального трансформатора, который охватывает все токоведущие части, а также нейтраль, если она распределена. Расцепители токов утечки на землю могут использоваться в сочетании с автоматическим выключателем для обеспечения двух основных функций в одном устройстве:
- защита от перегрузок и коротких замыканий;
- защита от косвенных прикосновений (появление напряжения) на токопроводящих частях вследствие повреждения изоляции).
Электронный расцепитель
Расцепитель, соединенный с измерительными трансформаторами тока (три или четыре, в зависимости от количества защищаемых проводников), которые установлены внутри автоматического выключателя и обеспечивают двойную функцию: подачи питания для нормального управления расцепителем и обнаружения значения тока, который проходит в токоведущих частях. Поэтому они совместимы только с сетями переменного тока.
Сигнал от трансформаторов обрабатывается электронной частью (микропроцессор), который сравнивает его с заданными уставками. Когда сигнал превышает порог, расцепитель автоматического выключателя воздействует непосредственно на узел свободного расцепления выключателя при помощи отключающей катушки.
Блок управления расцепителем позволяет выстраивать определённую пользователем программу, по которой автоматический выключатель будет производить расцепление главных контактов.
- разнообразный выбор настроек нужных пользователю;
- высокая точность исполнения заданной программы;
- индикаторы работоспособности и причины срабатывания;
- логическая селективность с вышестоящими и нижестоящими выключателями.
- высокая цена;
- хрупкий блок управления;
- подверженность к воздействию электромагнитных полей.