Пристрій та класифікація автоматичних вимикачів

Запобіжник – це електричний прилад, що забезпечує захист електромережі від аварійних ситуацій, пов'язаних із виходом поточних параметрів (струму, напруги) за рамки. Найпростіший запобіжник – плавка вставка.

Це прилад, включений в ланцюг, що захищається послідовно. Як тільки струм в ланцюзі перевищує заданий, тяганина плавиться, контакт розмикається, і ділянка ланцюга, що захищається, таким чином залишається неушкодженим. Недоліком такого способу захисту є одноразовість захисного приладу. Згорів – треба міняти.

Пристрій автоматичного вимикача

Аналогічне завдання вирішується за допомогою так званих автоматичних вимикачів(АВ). На відміну від одноразових плавких запобіжників, автомати – досить складні прилади, при виборі їх слід враховувати має кілька параметрів.

Вони також послідовно входять у ланцюг. При підвищенні струму автоматичний вимикач розриває ланцюг. Автоматичні вимикачі випускаються різного конструктивного виконання і з різними параметрами. Найбільш поширені сьогодні автомати для кріплення на ДИН-рейку (рис. 1).

Широко відомі ще радянських часів автомати АП-50 (мал. 3-5) та багато інших. Автомати випускаються із кількістю полюсів (ліній для підключення) від одного до чотирьох. При цьому дво- і чотириполюсні автомати можуть мати у своєму складі не тільки захищені, а й не захищені контактні групи, які зазвичай використовуються для розриву нейтралі.

Склад та влаштування АВ

До складу більшості автоматичних вимикачів входять:

• механізм ручного управління (використовується для ручного включення та вимикання автомата);
• комутуючий пристрій (набір рухомих та нерухомих контактів);
• дугогасні пристрої (решітка із сталевих пластин);
• розчіплювачі.

Дугогасні пристрої забезпечують гасіння та видування дуги, яка утворюється при розмиканні контактів, через які проходить надтік (рис.2)

Розчіплювач – пристрій (частина автомата або додатковий пристрій), що механічно пов'язане з механізмом АВ і забезпечує розмикання його контактів.

У складі автоматичного вимикача є зазвичай два розчіплювачі.

Перший розчіплювач – реагує на довготривале, але невелике навантаження мережі (тепловий розчіплювач). Зазвичай цей пристрій на основі біметалічної пластини, яка під дією струму, що проходить через неї, поступово нагрівається, змінює конфігурацію. Зрештою вона натискає на утримуючий механізм, який звільняє та розмикає пружний контакт.

Другий розчіплювач – так званий, електромагнітний. Він забезпечує швидку реакцію АВ на коротке замикання. Конструктивно цей розчіплювач являє собою соленоїд, усередині котушки якого знаходиться пружний сердечник зі штирьком, що упирається в рухомий силовий контакт.

Обмотка включена до ланцюга послідовно. При короткому замиканні струм у ній різко зростає, рахунок чого збільшується магнітний потік. При цьому долається опір пружини, і осердя розмикає контакт.

Параметри АВ

Перший параметр – номінальна напруга. Випускаються автомати тільки для постійного струму і для змінного і постійного. Автомати для постійного струму загального використання досить рідкісні. У побутових та промислових мережах використовуються в основному АВ для змінного та постійного струму. Найчастіше використовуються АВ із номінальною напругою 400В, 50Гц.

Другий параметр – номінальний струм (Ін). Це той робочий струм, який автомат пропускає через себе у тривалому режимі. Звичайний ряд номіналів (в амперах) – 6-10-16-20-25-32-40-50-63.

Третій параметр - здатність, що відключає, гранична комутуюча здатність (ПКС). Це максимальна сила струму короткого замикання, коли автомат зможе розімкнути ланцюг, не зруйнувавшись. Звичайний ряд паспортних значень ПКС (у кілоамперах) – 4,5-6-10. При напрузі 220, це відповідають опору мережі (R=U/I) 0.049 Ом, 0,037 Ом, 0,022 Ом.

Як правило, опір проводів побутової електромережі може досягати 0,5 Ом, струм короткого замикання на рівні 10 кА можливий лише в безпосередній близькості до електропідстанції. Тому найпоширеніші ПКС – 4,5 чи 6 кА. Автомати з ПКС 10 кА застосовуються переважно у промислових мережах.

Четвертий параметр, що характеризує АВ, це струм уставки (уставка) теплового розчіплювача. Цей параметр для різних автоматів становить від 1,13 до 1,45 від номінального струму. Ми зазначали, що з проходженні номінального струму гарантується тривала робота ланцюга з АВ.

Уставка теплового розчіплювача більше номіналу, саме досягнення реальним струмом величини уставки викликає відключення автомата. Слід зазначити, що в автоматах радянського періоду передбачено ручне регулювання уставки теплового захисту (рис. 5). Доступ до регулювального гвинта в автоматах, що встановлюються на ДИН-рейку, неможливий.

П'ятий параметр автоматичного вимикача – струм уставки електромагнітного розчіплювача. Цей параметр визначає кратність перевищення номінального струму, коли він АВ спрацює практично миттєво, зреагувавши на коротке замикання.

Важлива характеристика автомата – це залежність часу спрацьовування струму (рис. 6). Ця залежність і двох зон. Перша – зона відповідальності теплового захисту. Особливість її - поступове зменшення часу проходження струму до розчеплення. Це зрозуміло – що більше струм, то швидше нагрівається біметалічна пластина і розмикається контакт.

При дуже великому струмі (короткому замиканні) практично миттєво (за 5 – 20 мс) спрацьовує електромагнітний розчіплювач. Ця друга зона на нашому графіку.

За уставкою електромагнітного розчіплювача всі автомати поділяються на кілька типів:

• A Переважно для захисту електронних схем та ланцюгів великої протяжності;
• B Для звичайних освітлювальних ланцюгів;
• C Для ланцюгів з помірними пусковими струмами (двигуни н трансформатори побутових приладів);
• D Для ланцюгів із великим індуктивним навантаженням, для промислових електродвигунів;
• K Для індуктивних навантажень;
• Z Для електронних пристроїв.

Найбільш поширені – B, C та D.

Характеристика – використовується для мереж загального призначення, особливо там, де необхідно забезпечити селективність захисту. Електромагнітний розчіплювач налаштований на спрацьовування при кратності струму до номіналу від 3 до 5.

При підключенні суто активних навантажень (лампочок розжарювання, обігрівачів) пускові струми практично рівні робочим. Однак при підключенні електродвигунів (навіть холодильників і пилососів) пускові струми можуть бути значними і викликати помилкове спрацювання автомата з характеристикою, що розглядається.

Найбільш поширені автомати з характеристикою С. Вони досить чутливі, і в той же час не дають неправдивих спрацьовувань при пуску двигунів побутової техніки. Такий вимикач спрацьовує при 5-10-кратному перевищенні номінального значення. Такі автомати вважаються універсальними та застосовуються всюди, включаючи промислові об'єкти.

Характеристика D – це уставка електромагнітного розчіплювача на 10 – 14 номіналів струму. Зазвичай такі значення потрібні під час використання асинхронних двигунів. Як правило, автомати з характеристикою D використовуються в трьох- або чотириполюсному виконанні для захисту промислових мереж.

При спільному використанні автоматичних вимикачів необхідно мати уявлення про таке поняття, як селективний захист. Побудова селективного захисту забезпечує спрацювання автоматів, що знаходяться ближче до місця аварії, причому потужніші автомати, розташовані ближче до джерела напруги, спрацьовувати не повинні. Для цього більш чутливі та швидкодіючі автомати встановлюються ближче до споживачів.