Какие дугогасительные устройства используются в автоматических выключателях

Устройство автоматического выключателя

Автоматический выключатель (автомат) служит для нечастых включений и отключений электрических цепей и защиты электроустановок от перегрузки и коротких замыканий, а также недопустимого снижения напряжения.

По сравнению с плавкими предохранителями автоматический выключатель обеспечивает более эффективную защиту, особенно в трёхфазных цепях, так как в случае, например, короткого замыкания производится отключение всех фаз сети. Предохранители в этом случае, как правило, отключают одну или две фазы, что создаёт неполнофазный режим, который также является аварийным.

Автоматический выключатель (рис. 1) состоит из следующих элементов: корпуса, дугогасительных камер, механизма управления, коммутирующего устройства, расцепителей.

Рис. 1. Автоматический выключатель, серия ВА 04-36 (устройство выключателя): 1- основание, 2- камера дугогасительная, 3, 4-пластины искрогасительные, 5-крышка, 6-пластины. 7-звено, 8-звено, 9-рукоятка, 10-рычаг опорный, 11-защелка, 12- рейка отключающая, 13- пластина термобиметаллическая, 14-расцепитель элетромагнитный, проводник гибкий, 16-токопровод, 17- контактодержатель, 18-контакты подвижные

Для включения автоматического выключателя, находящегося в расцепленном положении (положение «Отключено автоматически»), механизм должен быть взведен путем перемещения рукоятки 9 выключателя в направлении знака «О» до упора. При этом происходит зацепление рычага 10 с защелкой 11, а защелки – с отключающей рейкой 12. Последующее включение осуществляется перемещением рукоятки 9 в направление знака «1» до упора. Провал контактов и контактное сжатие при включении обеспечивается за счет смещения подвижных контактов 18 относительно контактодержателя 17.

Автоматическое отключение автомата происходит при повороте отключающей рейки 12 любым расцепителем независимо от положения рукоятки 9 выключателя. При этом рукоятка занимает промежуточное положение между знаками «О» и «1», указывая, что выключатель отключен автоматически. Дугогасительные камеры 2 установлены в каждом полюсе выключателя и представляют собой деионные решетки, состоящие из ряда стальных пластин 6.

Искрогасители, содержащие искрогасительные пластины 3 и 4, закреплены в крышке 5 выключателя перед отверстиями для выхода газов в каждом полюсе автоматического выключателя. Если в защищаемой цепи, хотя бы одного полюса ток достигает величины равной или превышающей значение уставки по току, срабатывает соответствующий расцепитель и выключатель отключает защищаемую цепь независимо от того, удерживается ли рукоятка во включенном положении или нет. Электромагнитный максимальный расцепитель тока 14 устанавливается в каждом полюсе выключателя. Расцепитель выполняет функцию мгновенной защиты от короткого замыкания.

Дугогасительные устройства необходимы в электрических аппаратах, коммутирующих большие токи, так как возникающая при разрыве тока электрическая дуга вызывает подгорание контактов. В автоматических выключателях применяются дугогасительные камеры с деионным гашением дуги. При деионном гашении дуги (рис. 2.) над контактами 1, помещенными внутри дугогасительной камеры 2, располагается решетка из стальных пластин 3. При размыкании контактов образовавшаяся между ними дуга потоком воздуха выдувается вверх, попадает в зону металлической решетки и быстро гасится.

Рис. 2. Устройство дугогасительной камеры автоматического выключателя: 1- контакты, 2- корпус дугогасительной камеры, 3 — пластины.

Схема и основные элементы автоматического выключателя представлены на рисунке 3.

Рис. 3. Устройство автоматического выключателя: 1 — максимальный расцепитель, минимальный расцепитель, независимый расцепитель, 4 — механическая связь с расцепителем, 5- рукоятка ручного включения, 6- электромагнитный привод, 7,8- рычаги механизма свободного расцепления, 9- отключающая пружина, 10- дугогасительная камера, 11- неподвижный контакт, 12- подвижный контакт, 13- защищаемая цепь, 14- гибкая связь, 15- контактный рычагу, 16- тепловой расцепитель, 17- добавочное сопротивление, 18- нагреватель.

Механизм управления предназначен для обеспечения ручного включения и выключения аппарата при помощи кнопок или рукоятки.

Устройство автоматического выключателя

Коммутирующее устройство автоматического выключателя состоит из подвижных и неподвижных контактов (силовых и вспомогательных). Пара контактов (подвижный и неподвижный) образуют полюс автоматического выключателя, количество полюсов бывает от 1 до 4. Каждый полюс комплектуется отдельной дугогасительной камерой.

Механизм, который отключает автоматический выключатель при аварийных режимах, называется расцепителем . Различают следующие виды расцепителей:

— электромагнитный максимального тока (для защиты электроустановок от токов короткого замыкания),

— тепловой (для защиты от перегрузок),

— комбинированный, имеющий электромагнитный и тепловой элементы,

— минимального напряжения (для защиты от недопустимого снижения напряжения),

— независимый (для дистанционного управления автоматическим выключателем),

— специальный (для реализации сложных алгоритмов защиты).

Устройство автоматического выключателя

Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя представляет собой небольшую катушку с обмоткой из медного изолированного провода и сердечником. Обмотка включается в цепь последовательно с контактами, то есть по ней проходит ток нагрузки.

В случае возникновения короткого замыкания ток в цепи резко возрастает, в результате создаваемое катушкой магнитное поле вызывает перемещение сердечника (втягивание в катушку или выталкивание из неё). Сердечник при перемещении действует на отключающий механизм, который вызывает размыкание силовых контактов автоматического выключателя. Существуют автоматические выключатели с полупроводниковыми расцепителями, реагирующими на максимальный ток.

Тепловой расцепитель автоматического выкючателя представляет собой биметаллическую пластину, изготовленную из двух металлов с различными коэффициентами линейного расширения, жестко соединенных между собой. Пластина не является сплавом металлов, их соединение производится обычно прессованием. Биметаллическая пластина включается в электрическую цепь последовательно с нагрузкой и нагревается электрическим током.

В результате нагрева происходит изгибание пластины в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. В случае возникновения перегрузки, то есть при небольшом (в несколько раз) увеличении тока в цепи по сравнению с номинальным, биметаллическая пластина, изгибаясь, вызывает отключение автоматического выключателя.

Время срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя зависит не только от величины тока, но и от температуры окружающей среды, поэтому в ряде конструкций предусмотрена температурная компенсация, которая обеспечивает корректировку времени срабатывания в соответствии с температурой воздуха.

Независимый расцепитель минимального напряжения по конструкции аналогичны электромагнитному и отличаются от него условиями срабатывания. В частности, независимый расцепитель обеспечивает отключение автомата при подаче напряжения на расцепитель независимо от наличия аварийных режимов.

Указанные расцепители являются дополнительными и могут отсутствовать в конструкции автоматического выключателя. Имеются также выключатели без каких-либо расцепителей, в этом случае они называются в ыключателями- разъединителями .

В настоящее время распространены автоматические выключатели типов АП50Б, АЕ10, АЕ20, АЕ20М, ВА04-36, ВА-47, ВА-51, ВА-201, ВА88 и др. Автоматические выключатели АП50Б выпускают на номинальные токи до 63А, АЕ20, АЕ20М – до 160А, ВА-47 и ВА-201 – до 100А, ВА04-36 – до 400 А, ВА88 – до 1600А.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Многих интересует, для чего нужен автоматический выключатель, а также устройство и принцип действия автоматического выключателя. Сегодня в нашей статье мы постараемся ответить на эти вопросы.

Назначение автоматического выключателя

Автоматический выключатель – это контактный коммутационный аппарат, позволяющий стабилизировать напряжение в электросети. Его устанавливают, чтобы защитить кабели, провода, а также электроприборы от короткого замыкания (к.з.) и перегрузки.

При установке данного устройства следует помнить, что оно не предназначено для защиты человека от поражения электрическим током.

Автоматический выключатель. Устройство

Модульный выключатель автоматический внешне представлен в виде корпуса и рычага управления, которые выполнены из ПВХ-пластиката пониженной горючести. Также невооруженным взглядом можно определить клеммы (нижняя и верхняя) для подключения кабеля или провода. Внутри же корпуса защитного аппарата размещаются следующие элементы:

• силовые контакты (подвижный и неподвижный), обеспечивающие коммутацию;
• механизм взвода и расцепления, который взаимосвязан с рычагом управления;
• катушка (электромагнит) и подвижный сердечник (якорь), выполняющий функцию толкателя. Эти элементы являются электромагнитным расцепителем и обеспечивают защиту от токов к.з.;
• дугогасительная камера. Данное устройство выполняет быстрое гашение дугового разряда, который образуется при размыкании контактов;
• биметаллическая пластина. Данный элемент является тепловым расцепителем и обеспечивает защиту от повышенной нагрузки. Также имеется регулировочный винт, при помощи которого обеспечивается регулировка значения тока, при котором данный расцепитель должен сработать.

Автоматический выключатель: принцип работы

Как работает автоматический выключатель? В разных режимах механизм действия будет отличаться. Ниже рассмотрим каждый из них.

1. Нормальный режим.

Во время взвода рычага управления выключателем приводится в движение механизма взвода и расцепления, тем самым осуществляя коммутацию силовых контактов.

После коммутации ток протекает от питающего провода или кабеля, подключенного к винтовому зажиму, через этот зажим по контактам, сначала по неподвижному, а затем и по подвижному. Далее ток проходит через гибкую связь, катушку электромагнита, снова через гибкую связь и биметаллическую пластину, и в конце через нижний винтовой зажим к отходящей линии, «питающей» электроприбор.

2. Короткое замыкание.

В данном режиме электромагнитный расцепитель автоматического выключателя должен произвести мгновенное отключение нагрузки. Принцип действия заключается в следующем: при значительном превышении номинального тока, протекающего через обмотку электромагнита, возникает мощное магнитное поле, которое тянет вниз якорь с подвижным контактом. Якорь в свою очередь надавливает на рычажок спускового механизма, в результате чего происходит отключение нагрузки.

Необходимо отметить, что в результате мгновенного возникновения магнитного поля автоматический выключатель успевает отключиться до появления нежелательных последствий.

Однако во время размыкания возможно возникновение дугового разряда между подвижным и неподвижным контактами. Дуга движется в сторону дугогасительной камеры. Попадая на пластины, дуга расщепляется, завлекается внутрь камеры и тухнет. Образовавшиеся продукты горения вместе с избыточным давлением выходят наружу через специальное отверстие в корпусе автомата.

3. Перегрузка.

За защиту от перегрузки отвечает тепловой расцепитель. Принцип работы данного расцепителя заключается в следующем: когда ток, протекающий через биметаллическую пластину, становится равным или больше установленного значения, пластина нагревается и постепенно изгибается. Достигнув определенного угла изгиба, она надавливает своим кончиком на рычажок спускового механизма. Таким образом автомат отключается.

Стоит отметить, что терморасцепитель, в отличие от магнитного, является более медлительным. Для его срабатывания требуется больше времени, но зато он более точный и легче поддается настройке.

Мы рассказали об устройстве и принципе работы автоматического выключателя. Также вы можете посмотреть наше видео, в котором детально показана конструкция автоматического выключателя и как он работает.

Устройство автоматического выключателя

Фактически, устройство автоматического выключателя практически одинаковое для всех изделий такого типа. Корпус всех изделий выполняется из диэлектрика, то есть материала, который практически не пропускает электрический ток, что делает такие выключатели еще более надежными и безопасными.

Как правило, включается и выключается автоматический выключатель при помощи специального рычага на передней панели. У моделей, которые крепятся на DIN-рейку, на корпусе находится специальная защелка, благодаря которой автоматический выключатель легко монтируется и снимается в случае надобности. В зависимости от модели защелка может находиться спереди или сзади на корпусе изделия.

Практически во всех автоматических выключателях коммутация цепи осуществляется при помощи подвижных и неподвижных контактов. При этом подвижный контакт часто размещается на специальной пружине, которая предназначена для того, чтобы ускорить расцепление контактов.

В зависимости от типа изделия, в автоматическом выключателе может быть установлен тепловой или магнитный расцепитель. Расцепители это специальные электромагнитные элементы (в некоторых случаях используются термобиметаллические элементы), которые предназначены для отключения выключателя при помощи механизма свободного расцепления. К механизму свободного расцепления относятся рычаги, защелки и отключающие пружины, которые и проводят аварийное отключение автоматического выключателя.

Тепловой расцепитель это специальная биметаллическая пластина, которую нагревает протекающий через нее электрический ток. Если через пластину протекает электрический ток, номинальное значение которого выше допустимого, то пластина изгибается, чем приводит в действие специальный механизм расцепления. Магнитный расцепитель представлен соленоидом, механизм расцепителя в котором приводится в действие подвижным сердечником. Если через обмотку соленоида протекает электрический ток, который превышает допустимую норму, то это вызывает втягивание сердечника и, соответственно, расцепление контактов. Чтобы во время расцепления контактов не возникла электрическая дуга, их размещают рядом со специальной дугогасительной решеткой.

Классификация выключателей

На сегодняшний день существует огромное множество самых разных моделей автоматических выключателей. Специалисты классифицируют их в зависимости от разных параметров. В зависимости от рода тока в главной цепи выделяют автоматические выключатели переменного тока, выключатели постоянного тока и выключатели переменного и постоянного тока.

По количеству полюсов различают однополюсные, двухполюсные, трехполюсные и четырехполюсные выключатели. Примером однополюсного выключателя может служить устройство «Автоматический выключатель DX 1P C1A 6,0kA(Legrand)».

В зависимости от наличия токоограничения выделяют токоограничивающие и нетокоограничивающие выключатели.

В зависимости от вида расцепителя выделяют модели с максимальным расцепителем электрического тока, с независимым расцепителем электрического тока и с минимальным (нулевым) расцепителем.

Еще один важный параметр классификации автоматических выключателей это показатель выдержки времени для максимальных расцепителей тока. В зависимости от этого показателя выделяют: устройства без выдержки времени, устройства с выдержкой времени, которая не зависит от электрического тока, устройства с выдержкой времени, которая имеет обратную зависимость от электрического тока, и устройства, которые сочетают в себе сразу несколько вариантов.

В зависимости от наличия свободных контактов различают автоматические выключатели с контактами и без оных. По виду привода различают модели с ручным и с двигательным приводом.

Также автоматические выключатели классифицируют в зависимости от способа их присоединения к внешним проводникам. Выделяют модели, которые имеют заднее присоединение, переднее присоединение, комбинированное присоединение и универсальное присоединение.

Конструкция выключателей

Фактически, устройство автоматического выключателя практически одинаковое для всех изделий такого типа. Корпус всех изделий выполняется из диэлектрика, то есть материала, который практически не пропускает электрический ток, что делает такие выключатели еще более надежными и безопасными.

Как правило, включается и выключается автоматический выключатель при помощи специального рычага на передней панели. У моделей, которые крепятся на DIN-рейку, на корпусе находится специальная защелка, благодаря которой автоматический выключатель легко монтируется и снимается в случае надобности. В зависимости от модели защелка может находиться спереди или сзади на корпусе изделия.

Практически во всех автоматических выключателях коммутация цепи осуществляется при помощи подвижных и неподвижных контактов. При этом подвижный контакт часто размещается на специальной пружине, которая предназначена для того, чтобы ускорить расцепление контактов.

В зависимости от типа изделия, в автоматическом выключателе может быть установлен тепловой или магнитный расцепитель. Расцепители это специальные электромагнитные элементы (в некоторых случаях используются термобиметаллические элементы), которые предназначены для отключения выключателя при помощи механизма свободного расцепления. К механизму свободного расцепления относятся рычаги, защелки и отключающие пружины, которые и проводят аварийное отключение автоматического выключателя.

Тепловой расцепитель это специальная биметаллическая пластина, которую нагревает протекающий через нее электрический ток. Если через пластину протекает электрический ток, номинальное значение которого выше допустимого, то пластина изгибается, чем приводит в действие специальный механизм расцепления. Магнитный расцепитель представлен соленоидом, механизм расцепителя в котором приводится в действие подвижным сердечником. Если через обмотку соленоида протекает электрический ток, который превышает допустимую норму, то это вызывает втягивание сердечника и, соответственно, расцепление контактов. Чтобы во время расцепления контактов не возникла электрическая дуга, их размещают рядом со специальной дугогасительной решеткой.

Классификация выключателей

На сегодняшний день существует огромное множество самых разных моделей автоматических выключателей. Специалисты классифицируют их в зависимости от разных параметров. В зависимости от рода тока в главной цепи выделяют автоматические выключатели переменного тока, выключатели постоянного тока и выключатели переменного и постоянного тока.

По количеству полюсов различают однополюсные, двухполюсные, трехполюсные и четырехполюсные выключатели. Примером однополюсного выключателя может служить устройство «Автоматический выключатель DX 1P C1A 6,0kA(Legrand)».

В зависимости от наличия токоограничения выделяют токоограничивающие и нетокоограничивающие выключатели.

В зависимости от вида расцепителя выделяют модели с максимальным расцепителем электрического тока, с независимым расцепителем электрического тока и с минимальным (нулевым) расцепителем.

Еще один важный параметр классификации автоматических выключателей это показатель выдержки времени для максимальных расцепителей тока. В зависимости от этого показателя выделяют: устройства без выдержки времени, устройства с выдержкой времени, которая не зависит от электрического тока, устройства с выдержкой времени, которая имеет обратную зависимость от электрического тока, и устройства, которые сочетают в себе сразу несколько вариантов.

В зависимости от наличия свободных контактов различают автоматические выключатели с контактами и без оных. По виду привода различают модели с ручным и с двигательным приводом.

Также автоматические выключатели классифицируют в зависимости от способа их присоединения к внешним проводникам. Выделяют модели, которые имеют заднее присоединение, переднее присоединение, комбинированное присоединение и универсальное присоединение.

Специальные предложения для оптовиков! Отличная выгода + индивидуальное обслуживание

Виды дугогасительных устройств в автоматических выключателях

Автоматический выключатель должен обеспечивать гашение дуги при всех возможных режимах сети.

В автоматических выключателях нашли применение два исполнения дугогасительных устройств — полузакрытое и открытое.

В полузакрытом исполнении автоматический выключатель закрыт кожухом, имеющим отверстия для выхода горячих газов. Объем кожуха делается достаточно большим, чтобы избежать появления внутри кожуха больших избыточных давлений. При полузакрытом исполнении зона выброса горячих и ионизированных газов составляет обычно несколько сантиметров от выхлопных щелей. Такое конструктивное решение применяется в автоматических выключателях, монтируемых рядом с другими аппаратами, в распределительных устройствах, в автоматах с ручным управлением. Предельный ток автоматического выключателя не превышает 50 кА.

При токах 100 кА и выше в автоматических выключателях применяются камеры открытого исполнения с большой зоной выброса. Полузакрытое исполнение применяется, как правило, в установочных и универсальных автоматах, открытое — в быстродействующих и автоматах на большие предельные токи (100 кА и выше) или большие напряжения (выше 1000В).

Способы гашения электрической дуги в установочных и универсальных автоматических выключателях

В автоматических выключателях массового применения (установочных и универсальных) широкое применение получила деионная дугогасительная решетка из стальных пластин. Поскольку автоматические выключатели должны работать как на переменном, так и на постоянном токе, число пластин выбирается из условия отключения цепи постоянного тока. На каждую пару пластин должно приходиться напряжение менее 25 В.

В цепях переменного тока с напряжением 660 В такие дугогасительные устройства обеспечивают гашение дуги с током до 50 кА. На постоянном токе эти устройства работают при напряжении до 440 В и отключают токи до 55 кА. В дугогасительных устройствах со стальными пластинами гашение происходит спокойно, с минимальным выбросом ионизированных и нагретых газов из дугогасительного устройства.

Виды дугогасительных камер автоматических выключателей

При больших токах применяются лабиринтно-щелевые камеры и камеры с прямой продольной щелью. Втягивание дуги в щель осуществляется магнитным дутьем с катушкой тока.

Продольно-щелевая камера может иметь несколько параллельных щелей неизменного сечения. Это уменьшает аэродинамическое сопротивление камеры и облегчает вхождение дуги с большим током в щели. Вначале дуга разбивается на ряд параллельных волокон. Но затем из всех параллельных ветвей остается лишь одна, в которой окончательно происходит гашение. Стенки камеры и перегородки изготавливаются из асбоцемента.

В лабиринтно-щелевой камере постепенное вхождение дуги в зигзагообразную щель не создает высокого аэродинамического сопротивления при больших токах. Узкая щель повышает градиент напряжения в дуге, что сокращает необходимую длину дуги при гашении. Зигзагообразная форма щели уменьшает габариты автомата.

В лабиринтно-щелевой камере осуществляется интенсивное охлаждение дуги стенка-ми камеры. Ввиду того что дуга отдает большое количество тепла стенкам щели, материал камеры должен обладать высокой теплопроводностью и температурой плавления.

Для того чтобы не происходило разрушение камеры от высокой температуры, необходимо, чтобы дуга двигалась непрерывно с большой скоростью. Это требует создания мощного магнитного поля на всем пути движения дуги в щели. При недостаточной скорости движения происходит разрушение дугогасительного устройства.

В качестве материала для камеры применяется кордиерит. Газообразующие материалы типа фибры, органического стекла не применяются из-за повышения аэродинамического сопротивления.

В настоящее время с целью упрощения конструкции (отказ от мощных и сложных систем магнитного дутья) вновь возвращаются к идее деионной стальной решетки. Стальные пластины, имеющие паз для дугогасительных контактов создают усилие, перемещающее дугу. В отличие от обычной решетки дуга соприкасается с изолированными стальными пластинами: гашение происходит так же, как в камере с поперечными изоляционными перегородками, но при отсутствии специальной магнитной системы, двигающей дугу.

Влияние электрической дуги на контакты автоматических выключателей

Наиболее ответственной частью токоведущей цепи автоматических выключателей являются контакты. При номинальных токах до 200 А в автоматических выключателях применяется одна пара контактов, которые для увеличения дугостойкости могут быть облицованы металлокерамикой.

Большие номинальные токи требуют применения в автоматических выключателях двухступенчатого контакта типа перекатывающегося моста или пары основных и дугогасительных контактов. Основные контакты автоматических выключателей облицовываются либо серебром, либо металлокерамикой (серебро, никель, графит). Дугогасительный неподвижный контакт покрывается металлокерамикой СВ-50 (серебро, вольфрам), подвижный СН-29ГЗ. В автоматичекских выключателях применяется металлокерамика и других марок.

В автоматических выключатлелях на большие номинальные токи применяется включение нескольких параллельных пар основных контактов.

В быстродействующих автоматических выключателях с целью уменьшения собственного времени применяются исключительно торцевые контакты, имеющие малый провал. Контакты изготавливаются из меди и поверхности касания подвергаются серебрению. В связи с ростом номинального тока и относительно высоким сопротивлением контактов автоматических выключателей, в настоящее время, проводятся работы по искусственному охлаждению контактов с помощью жидкости. Такое решение задачи позволяет сохранить малую массу и быстродействие автоматического выключателя и увеличить длительный ток с 2500 до 10 000 А.

Устойчивость контактов автоматических выключателей при включении на короткое замыкание

Устойчивость контактов автоматических выключателей при включении на короткое замыкание зависит от скорости нарастания давления в контактах. При амплитуде включаемого тока более 30 — 40 кА применяют автоматы моментного действия, у которых скорость движения контактов и нажатие в них не зависят от скорости перемещения включающей рукоятки.

В универсальных автоматических выключателях, работающих селективно, создается намеренная выдержка времени при протекании тока короткого замыкания.

Во избежание сваривания контактов автоматического выключателя обязательно применяется электродинамическая компенсация. При протекании тока в дугогасительном контуре на проводник, несущий неподвижный дугогасительный контакт автоматического выключатлеля, действует электродинамическая сила, увеличивающая нажатие контактов.