Тепловий розчіплювач. Електромагнітний розчіплювач ав

Ні для кого не секрет, що автоматичні вимикачі це не просто рубильники, які пропускають робочий струм і забезпечують два стани електричного кола: замкнутий і розімкнений. Автоматичний вимикач - це електричний апарат, який в режимі реального часу «відстежує» рівень струму, що протікає в ланцюгу, що захищається, і відключає його при перевищенні струмом певного значення.

Найпоширенішим поєднанням в автоматичних вимикачах є комбінація теплового та електромагнітного розчіплювача. Саме ці два види розчіплювачів забезпечують основний захист ланцюгів від надструмів.

Тепловий розчіплювачпризначений для відключення струмів навантаження електричного кола. Тепловий розчіплювач конструктивно складається з двох шарів металів, що мають різні коефіцієнти лінійного розширення. Це дозволяє пластині згинатися при нагріванні і впливати на механізм вільного розчеплення, зрештою, відключаючи апарат. Такий розчіплювач ще називають термобіметалевим розчіпувачем за назвою основного елемента – біметалічної пластини.

Однак цей вид розчіплювача має суттєвий недолік - його властивості залежать від температури довкілля. Тобто, за дуже низької температури навіть якщо ланцюг буде перевантажено — тепловий розчіплювач автоматичного вимикачаможе не вимкнути лінію. Можлива і зворотна ситуація: у дуже спекотну погоду автоматичний вимикач може помилково відключати лінію, що захищається, за рахунок нагріву біметалічної пластини навколишнім середовищем. До того ж тепловий розчіплювач споживає електричну енергію.

Електромагнітний розчіплювач складається з котушки та рухомого сталевого сердечника, що утримується пружиною. При перевищенні заданого значення струму, за законом електромагнітної індукції в котушці наводиться електромагнітне поле, під дією якого сердечник втягується всередину котушки, долаючи опір пружини, і спрацьовує механізм розчеплення. У нормальному режимі роботи в котушці також наводиться електромагнітне поле, проте його сили не вистачає, щоб подолати опір пружини та втягнути сердечник.

Пристрій механізму електромагнітного розчіплювача показано на прикладі АП50Б

Цей вид розчіплювача не має такого великого споживання електричної енергії, як тепловий розчіплювач.

В даний час широкого поширення набули електронні розчіплювачі на базі мікроконтролерів. З їх допомогою можна здійснювати точне налаштування наступних параметрів захисту:

• рівень робочого струму захисту
• час захисту від навантаження
• час спрацьовування в зоні навантаження з функцією «теплової пам'яті» та без неї
• струм селективного відсічення
• час селективного струмового відсічення

Реалізована функція проведення самотестування працездатності механізму вільного розчеплення за допомогою кнопки ТЕСТ дозволяє перевірити апарат споживачем.

Регулювання параметрів налаштування електричного ланцюга на лицьовій панелі пристрою дозволяє персоналу без зайвої праці зрозуміти, як налаштований захист лінії, що відходить.

За допомогою поворотних перемикачів на передній панелі встановлюється рівень робочого струму ланцюга. Регулювання уставки робочого струму розчіплювача IRвстановлюється у кратності: 0,4; 0,45; 0,5; 0,56; 0,63; 0,7; 0,8; 0,9; 0,95; 1,0 до номінального струму вимикача.

Існує два режими роботи напівпровідникового розчіплювача при перевантаженні електричного ланцюга:

• з «тепловою пам'яттю»;
• без «теплової пам'яті»

«Теплова пам'ять» є емуляцією роботи теплового розчіплювача (біметалічної пластини): мікропроцесорний розчіплювач програмним способом задає час, який би знадобився для охолодження біметалічної пластини. Ця функція дозволяє обладнанню та ланцюгу, що захищається, більше часу остигати і, відповідно, їх термін служби не знижується.

Однією з переваг є встановлення рівня струму і часу спрацьовування автоматичного вимикача короткому замиканніщо здійснює необхідну селективність захисту. Це необхідно для того, щоб ввідний автоматичний вимикач відключився пізніше, ніж найближчі апарати. Важливо відзначити, що, на відміну теплового розчіплювача, уставки по часу в мікропроцесорному розчіплювачі не змінюються при зміні температури навколишнього середовища.

Регулювання уставки струму селективного струмового відсіченнявибирається кратно робочому струму I R: 1,5; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10.

Регулювання уставки часу селективного струмового відсіченнявибирається за секунди: 0 (без витримки часу); 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4.

Електромагнітна сумісність мікропроцесорних розчіплювачів автоматичних вимикачів OptiMat D дозволяє використовувати ці апарати в загальнопромислових електроустановках. У свою чергу електромагнітні поля, створювані елементами мікропроцесорного розчіплювача не надають негативного впливу на навколишню техніку.

Розглянемо вибір уставок з прикладу мікропроцесорного розчіплювача MR1-D250 автоматичного вимикача OptiMat D. Є асинхронний двигун АИР250S2 з параметрами Р=75 кВт; cosφ=0,9; Iп/Iном=7,5; для якого потрібно вибрати уставки захищаючого апарата (автоматичний вимикач захищає безпосередньо лінію з електродвигуном). Приймемо такі умови: пуск електродвигуна легкий та час пуску дорівнює 2 с.

Вибираємо для нашого двигуна уставку в 4 секунди з функцією теплової пам'яті:

У нашому випадку номінальний струм електродвигуна становить 126,6 А. Відповідно, виставляємо перемикач регулювання номінального струмувимикача значення 0,56, щоб найближче значення вийшло 140 А.

Щоб автоматичний вимикач не спрацьовував хибно від пускових струмів, кратність яких для обраного двигуна становить 7,5 приймемо уставку селективного струмового відсічення рівну 8.

Оскільки цей вимикач буде встановлюватися безпосередньо для захисту електродвигуна для забезпечення селективності у дії вимикачів приймаємо миттєве селективне струмове відсічення (без витримки за часом).

Слід також зазначити, що при перевищенні струмом короткого замикання значення 3000 А вимикач спрацьовуватиме миттєво, тобто без витримки часу.

Таким чином, ми розглянули приклад вибору уставок мікропроцесорного розчіплювача, які забезпечують захист асинхронного двигуна. Цей приклад вибору уставок мікропроцесорного розчіплювача не є технічним посібником. В кінцевому вигляді панель налаштування мікропроцесорного розчіплювача автоматичного вимикача виглядатиме так:

Електромагнітна сумісність, що відповідає вимогам ГОСТ Р 50030.2-2010, та можливість впровадження в систему автоматизації робить автоматичні вимикачі більш надійними, зручними та вигідними рішеннями за багатьма показниками.

Основне призначення автоматичних вимикачів - використання їх як захисні апарати від струмів коротких замикань і струмів перевантажень. Переважним попитом користуються модульні автоматичні вимикачі серії ВА. У статті розглянемо пристрій автоматичного вимикача серії ВА47-29 фірми iek.

Завдяки компактному виконанню (уніфіковані розміри модулів по ширині), зручності монтажу (кріплення на DIN-рейці за допомогою спеціальних засувок) та обслуговування вони широко використовуються в побутових та промислових умовах.

Найчастіше автомати застосовуються в мережах із порівняно невеликими значеннями струмів робочого режиму та короткого замикання. Корпус автомата виконаний із діелектричного матеріалу, що дозволяє встановлювати його у загальнодоступних місцях.

Пристрій автоматичних вимикачів та принципи їх роботи подібні, відмінності полягають, і це важливо, у матеріалі комплектуючих та якості збирання. Серйозні виробники використовують лише якісні електротехнічні матеріали (мідь, бронзу, срібло), але трапляються й вироби з комплектуючими з матеріалів із «полегшеними» характеристиками.

Найпростіший спосіб відрізнити оригінал від підробки - ціна та вага: оригінал не може бути дешевим та легким за наявності комплектуючих із міді. Вага фірмових автоматів визначається моделлю і може бути легше 100 - 150 р.

Конструктивно модульний автоматичний вимикач виконаний у прямокутному корпусі, що складається із двох скріплених між собою половинок. На лицьовій стороні автомата вказано його технічні характеристикита розташована рукоятка для ручного керування.

Як влаштований автоматичний вимикач – основні робочі органи автомата?

Якщо розібрати корпус (для чого необхідно висвердлити половинки заклепки), то можна побачити пристрій автоматичного вимикача і отримати доступ до всіх його компонентів. Розглянемо найважливіші їх, які забезпечують нормальне функціонування пристрою.

1.Верхня клема для підключення;

2.Нерухомий силовий контакт;

3.Рухомий силовий контакт;

4.Дугогасна камера;

5. Гнучкий провідник;

6.Електромагнітний розчіплювач (котушка із сердечником);

7.Ручка для керування;

8.Тепловий розчіплювач (біметалічна пластина);

9.Гвинт для регулювання теплового розчіплювача;

10.Нижня клема для підключення;

11.Отвір для виходу газів (які утворюються при горінні дуги).

Електромагнітний розчіплювач

Функціональне призначення електромагнітного розчіплювача - забезпечення практично миттєвого спрацьовування автоматичного вимикача при виникненні в ланцюгу короткого замикання, що захищається. У цій ситуації в електричних ланцюгахвиникають струми, величина яких у тисячі разів перевищує номінальне значення цього параметра.

Час спрацьовування автомата визначається за його частоковим характеристиками (залежність часу спрацьовування автомата від величини струму), які позначаються індексами А, або C (найпоширеніші).

Тип характеристики позначений параметрі номінального струму на корпусі автомата, наприклад, С16. Для наведених параметрів час спрацьовування знаходиться в межах від сотих до тисячних часток секунди.

Конструкція електромагнітного розчіплювача є соленоїдом з пружним сердечником, який пов'язаний з рухомим силовим контактом.

Електрично котушка соленоїда включена послідовно в ланцюжок, що складається із силових контактів та теплового розчіплювача.

При включеному автоматі та номінальному значенні струму через котушку соленоїда протікає струм, однак, величина магнітного потоку мала для втягування сердечника. Силові контакти замкнуті і це забезпечує нормальне функціонування установки, що захищається.

При короткому замиканні різке збільшення струму в соленоїді призводить до пропорційного збільшення магнітного потоку, здатного подолати дію пружини та перемістити сердечник та пов'язаний з ним рухомий контакт. Переміщення сердечника викликає розмикання силових контактів і знеструмлення лінії, що захищається.

Тепловий розчіплювач

Тепловий розчіплювач виконує функцію захисту при невеликому, але чинному протягом тривалого проміжку часу, перевищенні допустимого значення струму.

Тепловий розчіплювач - розчіплювач уповільненої дії, він не реагує на короткочасні кидки струму. Час спрацьовування цього виду захисту регламентується також час-струмовими характеристиками.

Інерційність теплового розчіплювача дозволяє реалізувати функцію захисту від перевантаження. Конструктивно тепловий розчіплювач являє собою консольно закріплену в корпусі біметалеву пластину, вільний кінець якої через важіль взаємодіє з механізмом розчеплення.

Електрично біметалічна пластина послідовно включена з котушкою електромагнітного розчіплювача. При включеному автоматі у послідовному ланцюжку протікає струм, нагріваючи біметалеву пластину. Це призводить до переміщення її вільного кінця у безпосередню близькість до важеля механізму розчеплення.

При досягненні значень струму, зазначених у тимчасово-струмових характеристиках і після певного часу пластина нагріваючись згинається, контактує з важелем. Останній через механізм розчеплення розмикає силові контакти – мережа виявляється захищеною від навантаження.

Регулювання струму спрацьовування теплового розчіплювача за допомогою гвинта 9 проводиться у процесі збирання. Так як більшість автоматів модульні та їх механізми запаяні в корпусі простому електрику немає можливості зробити таке регулювання.

Силові контакти та дугогасна камера

Розмикання силових контактів при протіканні через них струму призводить до виникнення електричної дуги. Потужність дуги зазвичай пропорційна струму в ланцюгу, що комутується. Чим потужніша дуга, тим сильніше вона руйнує силові контакти, ушкоджує пластмасові деталі корпусу.

У пристрої автоматичного вимикача дугогасна камера обмежує дію електричної дуги в локальному обсязі. Вона знаходиться в зоні силових контактів і виконана з покритих міддю паралельних пластин.

У камері дуга розпадається на дрібні частини, потрапляючи на пластини, остигає та припиняє своє існування. Гази, що виділяються при горінні дуги, виводяться через отвори в дні камери і корпусі автомата.

Пристрій автоматичного вимикача та конструкція дугогасної камери спричиняють підключення живлення на верхні нерухомі силові контакти.

Принцип роботи автоматичного вимикача

Для захисту побутових електричних кіл зазвичай використовуються автоматичні вимикачі модульної конструкції. Компактність, легкість монтажу та заміни, у разі потреби, пояснює їх широке поширення.

Зовні такий автомат є корпусом з термостійкої пластмаси. На лицьовій поверхні розташована рукоятка включення та вимикання, ззаду – фіксатор-заскочка для кріплення на DIN-рейці, а зверху та знизу – гвинтові клеми. У статті розглянемо принцип роботи автоматичного вимикача.

Як автоматичний вимикач працює?

У режимі штатної роботи через автомат протікає струм, менший або рівний номінальному значенню. Напруга живлення від зовнішньої мережі подається на верхню клему, з'єднану з нерухомим контактом. З нерухомого контакту струм надходить на замкнутий з ним рухомий контакт, а від нього через гнучкий мідний провідник- На котушку соленоїда. Після соленоїда струм подається на тепловий розчіплювач і після нього - на нижню клему, з підключеної до неї мережею навантаження.

В аварійних режимах автоматичний вимикач відключає ланцюг, що захищається за рахунок спрацьовування механізму вільного розчеплення, що приводиться в дію тепловим або електромагнітним розчіплювачем. Причиною такого спрацьовування є навантаження або коротке замикання.

Тепловий розчіплювач - це біметалічна пластина, що складається з двох шарів сплавів із різними коефіцієнтами термічного розширення. При проходженні електричного струму пластина нагрівається та згинається у бік шару з меншим коефіцієнтом термічного розширення. При перевищенні заданого значення сили струму, вигин пластини досягає величини, достатньої для приведення в дію механізму розчеплення, і ланцюг розмикається, відсікаючи навантаження, що захищається.

Електромагнітний розчіплювач складається з соленоїда з рухомим сталевим сердечником, що утримується пружиною. При перевищенні заданого значення струму, за законом електромагнітної індукції в котушці наводиться електромагнітне поле, під дією якого сердечник втягується всередину котушки соленоїда, долаючи опір пружини, і спрацьовує механізм розчеплення. У нормальному режимі роботи в котушці також наводиться магнітне поле, але його сили недостатньо, щоб подолати опір пружини та втягнути сердечник.

Як працює автомат у режимі навантаження

Режим перевантаження виникає, коли струм у підключеному до автомата ланцюга перевищує номінальне значення, яке розрахований автоматичний вимикач. При цьому підвищений струм, що проходить через тепловий розчіплювач, викликає підвищення температури біметалічної пластини і, відповідно, її згину збільшення аж до спрацьовування механізму розчеплення. Автомат вимикається та розмикає ланцюг.

Спрацьовування теплового захисту не відбувається миттєво, оскільки на розігрів біметалічної пластини потрібно деякий час. Цей час може змінюватись в залежності від величини перевищення номінального значення струму від декількох секунд до години.

Така затримка дозволяє уникнути відключення живлення при випадкових та нетривалих підвищеннях струму в ланцюзі (наприклад, при включенні електродвигунів, які мають великі пускові струми).

Мінімальне значення струму, при якому повинен спрацювати тепловий розчіплювач, встановлюється за допомогою гвинта на заводі-виробнику. Зазвичай це значення у 1,13-1,45 разів перевищує номінал, зазначений на маркуванні автомата.

На величину струму, у якому спрацює теплова захист, впливає і температура довкілля. У спекотному приміщенні біметалічна пластина прогріється і вигнутий до спрацьовування при меншому струмі. А в приміщеннях з низькими температурами струм, при якому спрацює тепловий розчіплювач, може виявитися вищим за допустимий.

Причиною перевантаження мережі є підключення до неї споживачів, сумарна потужність яких перевищує розрахункову потужність мережі, що захищається. Одночасне включення різних видівпотужною побутової техніки(кондиціонер, електрична плита, пральна та посудомийна машина, праска, електрочайник і т.д.) - цілком може призвести до спрацьовування теплового розчіплювача.

У цьому випадку визначтеся, які споживачі можна відключити. І не поспішайте знову вмикати автомат. Ви все одно не зможете звести його в робоче положення, доки він не охолоне, а біметалічна пластина розчіплювача не повернеться у свій вихідний стан. Тепер ви знаєте, як працює автоматичний вимикач при перевантаженнях

Як працює автомат у режимі короткого замикання

У разі короткого замикання принцип роботи автоматичного вимикача інший. При короткому замиканні струм в ланцюзі різко і багаторазово зростає до значень, здатних розплавити проводку, а точніше ізоляцію електропроводки. Для того, щоб запобігти такому розвитку подій, необхідно миттєво розірвати ланцюг. Електромагнітний розчіплювач саме так і спрацьовує.

Електромагнітний розчіпувач являє собою котушку соленоїда, всередині якої розташований сталевий сердечник, що утримується у фіксованому положенні пружиною.

Багаторазове зростання струму в обмотці соленоїда, що відбувається при короткому замиканні в ланцюгу, призводить до пропорційного зростання магнітного потоку, під дією якого сердечник втягується в котушку соленоїда, долаючи опір пружини, і натискає на планку спуску механізму розчеплення. Силові контакти автомата розмикаються, перериваючи живлення аварійної ділянкиланцюги.

Таким чином, спрацьовування електромагнітного розчіплювача захищає від загоряння та руйнування електропроводку, що замкнув електроприлад та сам автомат. Час його спрацьовування становить близько 0,02 секунд, і електропроводка не встигає розігрітися до небезпечних температур.

У момент розмикання силових контактів автомата, коли з них проходить великий струм, з-поміж них виникає електрична дуга, температура якої може досягати 3000 градусів.

Щоб захистити контакти та інші деталі автомата від руйнівної дії цієї дуги, у конструкції автомата передбачена дугогасна камера. Дугогасна камера є решіткою з набору металевих пластин, які ізольовані один від одного.

Дуга виникає в місці розмикання контакту, а потім один її кінець рухається разом з рухомим контактом, а другий ковзає спочатку по нерухомому контакту, а потім по провіднику з'єднаному з ним, що веде до задньої стінки дугогасної камери.

Там вона ділиться (дробиться) на пластинах дугогасної камери, слабшає та гасне. У нижній частині автомата передбачені спеціальні отвори для відведення газів, що утворюються під час горіння дуги.

У разі відключення автомата при спрацьовуванні електромагнітного розчіплювача, ви не зможете користуватися електрикою до тих пір, поки не знайдете і не усуньте причину короткого замикання. Найімовірніше причина у несправності одного зі споживачів.

Вимкніть усі споживачі та спробуйте увімкнути автомат. Якщо вам це вдалося і автомат не вибиває, значить, справді – винний один із споживачів і вам залишилося з'ясувати який саме. Якщо ж автомат і з відключеними споживачами знову вибиває, значить все набагато складніше, і ми маємо справу із пробоєм ізоляції проводки. Доведеться шукати, де це сталося.

Ось такий принцип роботи автоматичного вимикача за умов різних аварійних ситуацій.

Якщо вимкнення автоматичного вимикача стало для вас постійною проблемою, не намагайтеся вирішити її встановленням автомата з великим номінальним струмом.

Автомати встановлюються з урахуванням перетину вашої проводки, і, отже, більший струм у мережі просто не допускається. Знайти вирішення проблеми можна лише після повного обстеження системи електропостачання вашої оселі професіоналами.

Критерій вибору автоматичних вимикачів

Основними показниками на які посилаються при виборі автоматів є:

Кількість полюсів;

Номінальну напругу;

Максимальний робочий струм;

Відключаюча здатність (струм короткого замикання).

Кількість полюсів

Кількість полюсів автомата визначається серед фаз мережі. Для встановлення в однофазної мережівикористовують однополюсні або двополюсні. Для трифазної мережізастосовують три- і чотириполюсні (мережі із системою заземлення нейтралі TN-S). У побутових секторах зазвичай використовують одно-або двополюсні автомати.

Номінальну напругу

Номінальна напруга автомата - це напруга, на яку розрахований сам автомат. Незалежно від місця встановлення напруга автомата повинна бути рівною або великою номінальній напрузімережі:

Максимальний робочий струм

Максимальний робочий струм. Вибір автоматів по максимальному робочому струму полягає в тому, щоб номінальний струм автомата (номінальний струм розчіплювача) був більшим або дорівнює максимальному робочому (розрахунковому) току який може тривало проходити по ділянці ланцюга, що захищається, з урахуванням можливих перевантажень:

Щоб дізнатися про максимальний робочий струм для ділянки мережі (наприклад для квартири) потрібно знайти сумарну потужність. Для цього сумуємо потужність всіх приладів, які будуть підключатися через даний автомат (холодильник, телевізор, св-піч тощо). Величину струму з отриманої потужності можна знайти двома способами: методом зіставлення або за формулою.

Для мережі 220 при навантаженні в 1 кВт, струм становить 5 А. У мережі з напругою 380 В величина струму для 1 кВт потужності становить 3 А. За допомогою такого варіанту зіставлення можна знайти струм через відому потужність. Наприклад, сумарна потужність у квартирі вийшла 4.6 кВт, струм при цьому дорівнює приблизно 23 А. Для більш точного знаходження струму можна скористатися відомою формулою:

Для побутових електроприладів.

Вимикаюча здатність

Вимикаюча здатність. Вибір автомата по номінальному струму відключення зводиться до того, щоб струм який автомат здатний відключити більше струмукороткого замикання в точці установки апарата: Номінальний струм відключення – це найбільший струм к.з. який автомат здатний відключити при номінальній напрузі.

При виборі автоматів промислового призначення їх додатково перевіряють на:

Електродинамічна стійкість:

Термічну стійкість:

Автоматичні вимикачі випускаються з такою шкалою номінальних струмів: 4, 6, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 100 та 160 А.

У житлових секторах (будинки, квартири) як правило встановлюють двополюсні автомати з номіналом 16 або 25 А і струмом відключення 3 кА.

Що таке час струмові характеристики автоматичних вимикачів

При нормальній роботі електромережі та всіх приладів через автоматичний вимикач протікає електричний струм. Однак, якщо сила струму з якихось причин перевищила номінальні значення, відбувається розмикання ланцюга через спрацювання розчіплювачів автоматичного вимикача.

Характеристика спрацьовування автоматичного вимикача є дуже важливою характеристикою, яка описує те, наскільки час спрацьовування автомата залежить від відношення сили струму, що протікає через автомат, до номінального струму автомата.

Ця характеристика складна тим, що її висловлювання необхідне використання графіків. Автомати з одним і тим же номіналом будуть при різних перевищеннях струму по-різному відключатися залежно від типу кривої автомата (так іноді називається струмова характеристика), завдяки чому є можливість застосовувати автомати з різною характеристикою різних типівнавантаження.

Тим самим, з одного боку, здійснюється захисна струмова функція, з другого боку, забезпечується мінімальна кількістьхибних спрацьовувань - у цьому полягає важливість даної характеристики.

В енергетичних галузях бувають ситуації, коли короткочасне збільшення струму не пов'язане з появою аварійного режиму та захист не повинен реагувати на такі зміни. Це саме стосується і автоматів.

При включенні якогось двигуна, наприклад, дачного насоса або пилососа, в лінії відбувається досить великий кидок струму, який у кілька разів перевищує нормальний.

За логікою роботи, автомат, звичайно ж, має відключитися. Наприклад, двигун споживає в пусковому режимі 12 А, а в робочому - 5. Автомат стоїть на 10 А, і від 12 його вирубає. Що в такому разі робити? Якщо поставити на 16 А, тоді незрозуміло відключиться він чи ні якщо заклинить мотор або замкне кабель.

Можна було б вирішити цю проблему, якщо його поставити на менший струм, але тоді він спрацьовуватиме від будь-якого руху. Ось для цього і було придумано таке поняття для автомата, як його час струмова характеристика.

Які існують час струмові характеристики автоматичних вимикачів та їх відмінність між собою

Як відомо основними органами спрацьовування автоматичного вимикача є тепловий та електромагнітний розчіплювач.

Тепловий розчіплювач являє собою пластину з біметалу, що згинається при нагріванні струмом, що протікає. Тим самим у дію наводиться механізм розчеплення, при тривалому навантаженні спрацьовуючи, із зворотнозалежною витримкою часу. Нагрів біметалічної пластинки та час спрацьовування розчіплювача безпосередньо залежать від рівня навантаження.

Електромагнітний розчіплювач є соленоїдом з сердечником, магнітне поле соленоїда при певному струмі втягує сердечник, що приводить у дію механізм розчеплення - відбувається миттєве спрацьовування при КЗ, завдяки чому постраждала ділянка мережі не чекатиме прогрівання теплового розчіплювача (біметалічної пластини) в автоматі.

Залежність часу спрацьовування автомата від сили струму, що протікає через автомат, таки визначається час струмової характеристикою автоматичного вимикача.

Напевно, кожен помічав зображення латинських букв B, C, D корпусах модульних автоматів. Так вони характеризують кратність уставки електромагнітного розчіплювача до номіналу автомата, позначаючи його час струмову характеристику.

Ці букви вказують струм миттєвого спрацьовування електромагнітного розчіплювача автомата. Простіше кажучи, характеристика спрацьовування автоматичного вимикача показує чутливість автомата - найменший струм, при якому автомат відключиться миттєво.

Автомати мають кілька характеристик, найпоширенішими з яких є:

B - від 3 до 5 × In;

C - від 5 до 10 × In;

D - від 10 до 20 × In.

Що означають цифри, вказані вище?

Наведу невеликий приклад. Припустимо, є два автомати однакової потужності (рівні за номінальним струмом) але характеристики спрацьовування (латинські літери на автоматі) різні: автомати В16 і С16.

Діапазони спрацьовування електромагнітного розчіплювача для В16 становить 16 * (3 ... 5) = 48 ... 80А. Для С16 діапазон струмів миттєвого спрацьовування 16 * (5 ... 10) = 80 ... 160А.

При струмі 100 А автомат В16 відключиться майже миттєво, тоді як С16 відключиться не відразу через кілька секунд від теплового захисту (після того як нагріється його біметалічна пластина).

У житлових будинках і квартирах, де навантаження чисто активні (без великих пускових струмів), а якісь потужні мотори включаються нечасто, найчутливішими і кращими до застосування є автомати з характеристикою B. На сьогоднішній день дуже поширена характеристика С, яку також можна використовувати для житлових та адміністративних будівель.

Що стосується характеристики D, то вона годиться для живлення будь-яких електромоторів, великих двигунів та інших пристроїв, де можуть бути при їх включенні великі пускові струми. Також через знижену чутливість при КЗ автомати з характеристикою D можуть бути рекомендовані для використання як вступні для підвищення шансів селективності з груповими АВ при КЗ, що стоять нижче.

Що захищає автоматичний вимикач

Перш ніж підбирати автомат, варто розібратися, як він працює і що захищає. Багато людей вважають, що автомат захищає побутові прилади. Однак, це абсолютно не так. Автомату немає жодного стосунку до приладів, які ви підключаєте до мережі - він захищає електропроводку від навантаження.

Адже при перевантаженні кабелю або виникненні короткого замикання зростає сила струму, що призводить до перегріву кабелю і навіть займання проводки.

Особливо зростає сила струму при короткому замиканні. Величина сили струму може зрости до кількох тисяч ампер. Звичайно, ніякий кабель не здатний довго протриматися за такого навантаження. Тим більше, кабель перетином 2,5 кв. мм, який часто використовують для прокладання електропроводки у приватних домоволодіннях та квартирах. Він просто загориться, як бенгальський вогонь. А відкритий вогонь у приміщенні може спричинити пожежу.

Тому правильний розрахунок автоматичного вимикача відіграє велику роль. Аналогічна ситуація виникає при перевантаженні - автоматичний вимикач захищає саме електропроводку.

Коли навантаження перевищує допустиме значення, сила струму різко зростає, що призводить до нагрівання дроту та оплавлення ізоляції. У свою чергу, це може призвести до короткого замикання. А наслідки такої ситуації передбачувані – відкритий вогонь та пожежа!

За якими струмами виробляють розрахунок автоматів

Функція автоматичного вимикача полягає у захисті електропроводки, підключеної після нього. Основним параметром, яким виробляють розрахунок автоматів, є номінальний струм. Але номінальний струм чого, навантаження чи дроту?

Виходячи з вимог ПУЕ 3.1.4, струми уставок автоматичних вимикачів, які служать для захисту окремих ділянок мережі, вибираються по можливості менше розрахункових струмів цих ділянок або за номінальним струмом приймача.

Розрахунок автомата за потужністю (по номінальному струму електроприймача) виробляють, якщо дроти по всій довжині на всіх ділянках електропроводки розраховані на таке навантаження. Тобто допустимий струм електропроводки більше за номінал автомата.

Наприклад, на ділянці, де використовується провід перетином 1 кв. мм, величина навантаження становить 10 квт. Вибираємо автомат по номінальному струму навантаження – встановлюємо автомат на 40 А. Що станеться у цьому випадку? Провід почне грітися і плавитися, оскільки він розрахований на номінальний струм 10-12 ампер, а через нього проходить струм 40 ампер. Автомат відключиться лише тоді, коли станеться коротке замикання. В результаті може вийти з ладу проводка і навіть трапиться пожежа.

Тому визначальною величиною для вибору номінального струму автомата є переріз струмопровідного дроту. Величина навантаження враховується лише після вибору перетину дроту. Номінальний струм, вказаний на автоматі, повинен бути меншим за максимальний струм, допустимий для проведення цього перерізу.

Таким чином, вибір автомата роблять за мінімальним перерізом дроту, який використовується у проводці.

Наприклад, допустимий струм для мідного дротуперетином 1,5 кв. мм становить 19 ампер. Значить, для даного дроту вибираємо найближче значення номінального струму автомата у менший бік, що становить 16 ампер. Якщо вибрати автомат зі значенням 25 ампер, то проводка грітиметься, оскільки провід даного перерізу не призначений для такого струму. Щоб правильно зробити розрахунок автоматичного вимикача, необхідно в першу чергу враховувати перетин дроту.

Основні відомості

Розчіплювачі автоматичних вимикачів

Розчіплювач – частина вимикача, що впливає безпосередньо на механізм його відключення при критичних параметрах ланцюга, що захищається (струмі, напрузі).

Розчіплювачі являють собою реле або елементи реле, вбудовані вимикають.

тель із використанням його елементів або пристосовані до його конструкції.

Розчіплювачі виконують на базі звичайних електромагнітних реле (струму, напряже-

ня). Однак останнім часом все частіше використовуються розчіплювачі на базі статичних електронних реле. Електронна частина цих реле контролює ту чи іншу фізичну величину, але в їхньому вихідному ланцюгу все одновключено електромагнітне реле, якір кото-

рого впливає механізм розчеплення.

Будь-який автоматичний вимикач обов'язково має електромагнітний расце-

питель максимального струму, миттєво вимикач вимикач при короткому замку-

ні (рис. 4.14 та 4.15).

У деяких типах вимикачів, крім електромагнітного, застосовується електро-

тепловий, що вимикає вимикач з витримкою часуу зоні струмів навантаження.

Такий розчіплювач називають комбінованим (рис. 4.16). Слід зазначити, що автоматичні вимикачі із одним електротепловим розчіплювачем не випускаються.

Апарат, що має тільки електротепловий розчіплювач, називають електротепловим реле (нижче див. Реле електротеплові).

Додатково вимикачі можуть мати розчіплювачі:

мінімальними(мінімальної або нульової напруги) – для автоматичного відключеннявимикача при зниженні напруги нижче допустимого рівняабо його зникнення (рис. 4.17 та 4.18);

незалежними– для дистанційного відключення вимикача шляхом подачі на

напруги на котушку розчіплювача (рис. 4.19 та 4.20).

Розглянемо по черзі пристрій і принцип дії кожного згаданого роз-

чіпителя.

Електромагнітний розчіплювач призначений для відключення вимикача струму.

ми короткого замикання, Його часто називають максимальним розчіплювачем. По устрост-

ву і принципу дії - це реле максимального струму.

Рис. 4.14. Принципова схемамаксимального розчіплювача:

1 – рукоятка включення; 2 – утримуючий важіль; 3 - важіль, що відключає; 4 – регулювальна пружина; 5 - пружина, що відключає; 6 – котушка; 7 – якір; 8 – рухливий контакт; 9 – нерухомий контакт

У вихідному стані вимикач включений, струм ланцюга менше струму уставки. При

цьому утримуючий важіль 2 знаходиться в зачепленні з важелем 3, що відключає.

ний 8 і нерухомий контакти 9 замкнуті, і через них і струмову котушку 6 протікає струм.

При короткому замиканні струм у котушці збільшується і якір 7, долаючи про-

дія регулювальної пружини 4, переміщається вниз. Якір впливає на важіль 3, що відключає, і виводить його з зачеплення з утримуючим важелем 2.

Рухомий контакт 8 під дією пружини 5 повертається в

напрямку проти годинникової стрілки та розмикається з нерухомим 9.

Рукоятка включення вимикача 1 встановлюється проміжнепокладе-

ня, за яким легко визначити, що вимикач відключився автоматично.

Рис. 4.15. Кінематична схема максимального розчіплювача:

1 – шина; 2 – сердечник; 3 – якір, 4 – відключаючий валик; 5 - відключає пру-

жина; 6 - важіль, що відключає; 7 – плече відключає валика; 8 - регулюваль-

ня гайка

На рис. 4.12 зображена показана одна з конструкцій максимального розчепи-

У ній як котушка реле максимального струму використовується струмоведуча ши-

на 1, на яку одягнений сердечник 2. На якорі 3 реле укріплений важіль, що відключає 6, на-

ходить в зачепленні з відключаючим валиком 4. Пружина, що відключає 5 відтягує-

ет важіль 6 вниз.

При короткому замиканні якір 3 притягується до сердечника 2.

чаг 6, долаючи протидію регулювальної пружини 5, повертається по годині-

виття стрілки навколо осі Оі вдаряє по виступаючому плечу 7 валика, що відключає 4. Валик повертається в напрямку проти годинникової стрілки навколо осі О, що приво-

дит до розмикання контактів вимикача.

Значення струму спрацьовування (струму уставки) регулюють за допомогою гайки 8. Чим сильніше за допомогою цієї гайки розтягнута пружина 5, тим струм уставки більше, і навпаки.

рот. З пружиною пов'язана стрілка-покажчик, що ковзає вздовж шкали, проградуй-

ної в частках номінального струму, наприклад, 0,7; 1,0; 1,5; 1,7; 2.0.

Тепловий розчіплювач- Забезпечує захист тільки від перевантажень по струму.

Електромагнітний розчіплювач- Забезпечує захист тільки від коротких замикань.

Термомагнітний (магнітотермічний, комбінований) розчіплювач- складається з двох типів розчіплювачів - теплового та електромагнітного. Забезпечує захист від перевантаження по струму так і від коротких замикань.

Термо-магнітний (магнітотермічний, комбінований) розчіплювач, із захистом від струмів витоків- крім захисту від перевантажень та коротких замикань забезпечує захист людей та електроустановок від замикання на землю.

Електронний розчіплювач(електронний блок захисту – Overcurrent Release) – (залежно від виконання) забезпечує максимальну кількість типів захисту.

Влаштування розчеплювачів

Тепловий розчіплювач

Тепловий розчіплювач є біметалевою пластиною, яка при нагріванні згинається і впливає на механізм вільного розчеплення. Біметалеву пластину виготовляють методом механічного з'єднання двох металевих стрічок. Вибираються два матеріали з різними коефіцієнтами температурного розширення та з'єднуються між собою за допомогою спаювання, заклепування або зварюються.

Переваги:

• немає рухливих елементів;
• невибагливість до забруднень;
• простота конструкції;
• низька ціна.

Недоліки:

• високе споживання енергії;
• чутливі до змін температури довкілля;
• при нагріванні від сторонніх джерел можуть викликати помилкові спрацьовування.

Електромагнітний розчіплювач

Електромагнітний розчіплювач є пристроєм миттєвої дії. Є соленоїдом, сердечник якого впливає на механізм вільного розчеплення. При протіканні по обмотці соленоїда надструму створюється магнітне поле, яке переміщає сердечник, з подоланням опору поворотної пружини.

ЕМ розчіплювач може налаштовуватися (на заводі виробником або споживачем) на спрацьовування при струмах КЗ значеннями від 2 до 20 In. Похибка настройки варіює близько ±20% від заданого значення сили струму для вимикачів в литому корпусі.
Для силових автоматичних вимикачів уставку спрацьовування при короткому замиканні (значення струму, при якому ініціюється розчеплення) можуть вказувати значенням в амперах, так і в кратності номінальному струму.
Зустрічаються уставки: 3,5 In; 7In, 10In; 12In та інші.

Переваги:

• простота конструкції;

Недоліки:

• створює магнітне поле.

Термомагнітний розчіплювач

Часто застосовується послідовне з'єднаннятеплового та електромагнітного розчіплювача. Залежно від виробника таке зв'язування двох пристроїв називають комбінованим або термомагнітним розчіплювачем.

Термомагнітний або комбінований розчіплювач

Термомагнітний розчіплювач із захистом від струмів витоків

Автомат з даними розчіплювачами крім теплового та електромагнітного розчіплювачів має блок здатний виявити струм пошкодження на землю за допомогою тороїдального трансформатора, який охоплює всі струмопровідні частини, а також нейтраль, якщо вона розподілена. Розчіплювачі струмів витоку на землю можуть використовуватись у поєднанні з автоматичним вимикачем для забезпечення двох основних функцій в одному пристрої:

• захист від перевантажень та коротких замикань;
• захист від непрямих дотиків(Поява напруги) на струмопровідних частинах внаслідок пошкодження ізоляції).

Електронний розчіплювач

Розчіплювач, з'єднаний з вимірювальними трансформаторами струму (три або чотири, в залежності від кількості провідників, що захищаються), які встановлені всередині автоматичного вимикача і забезпечують подвійну функцію: подачі живлення для нормального управління розчіплювачем і виявлення значення струму, який проходить у струмопровідних частинах. Тому вони сумісні лише з мережами змінного струму.

Сигнал від трансформаторів обробляється електронною частиною (мікропроцесор), який порівнює його із заданими уставками. Коли сигнал перевищує поріг, розчіпувач автоматичного вимикача впливає безпосередньо на вузол вільного розчеплення вимикача за допомогою котушки, що відключає.

Блок управління розчіпувачем дозволяє вибудовувати певну користувачем програму, за якою автоматичний вимикач вироблятиме розчеплення головних контактів.

Переваги:

• різноманітний вибір налаштувань потрібних користувачеві;
• висока точність виконання заданої програми;
• індикатори працездатності та причини спрацьовування;
• логічна селективність з вищими та нижчими вимикачами.

• висока ціна;
• крихкий блок керування;
• схильність до впливу електромагнітних полів.

Основне призначення автоматичних вимикачів – використання їх як захисних апаратів від струмів коротких замикань та струмів перевантажень. Переважним попитом користуються модульні автоматичні вимикачі серії ВА. У цій статті розглянемо серії ВА47-29 фірми iek.

Завдяки компактному виконанню (уніфіковані розміри модулів по ширині), зручності монтажу (кріплення на DIN-рейці за допомогою спеціальних засувок) та обслуговування вони широко використовуються в побутових та промислових умовах.

Найчастіше автомати застосовуються в мережах із порівняно невеликими значеннями струмів робочого режиму та короткого замикання. Корпус автомата виконаний із діелектричного матеріалу, що дозволяє встановлювати його у загальнодоступних місцях.

Влаштування автоматичних вимикачіві принципи їх роботи подібні, відмінності полягають, і це важливо, у матеріалі комплектуючих та якості складання. Серйозні виробники використовують лише якісні електротехнічні матеріали (мідь, бронзу, срібло), але трапляються й вироби з комплектуючими з матеріалів із «полегшеними» характеристиками.

Найпростіший спосіб відрізнити оригінал від підробки – ціна та вага: оригінал не може бути дешевим та легким за наявності комплектуючих із міді. Вага фірмових автоматів визначається моделлю і може бути легше 100 – 150 р.

Конструктивно модульний автоматичний вимикач виконаний у прямокутному корпусі, що складається із двох скріплених між собою половинок. На лицьовій стороні автомата вказані його технічні характеристики та розташована рукоятка для ручного керування.

Як влаштований автоматичний вимикач - основні робочі органи автомата

Якщо розібрати корпус (для чого необхідно висвердлити половинки заклепки, що з'єднують його), то можна побачити та отримати доступ до всіх його компонентів. Розглянемо найважливіші їх, які забезпечують нормальне функціонування пристрою.

1. 1. Верхня клема для підключення;
2. 2. Нерухомий силовий контакт;
3. 3. Рухливий силовий контакт;
4. 4. Дугогасна камера;
5. 5. Гнучкий провідник;
6. 6. Електромагнітний розчіплювач (котушка із сердечником);
7. 7. Ручка для керування;
8. 8. Тепловий розчіплювач (біметалічна пластина);
9. 9. Гвинт для регулювання теплового розчіплювача;
10. 10. Нижня клема для підключення;
11. 11. Отвір для виходу газів (які утворюються під час горіння дуги).

Електромагнітний розчіплювач

Функціональне призначення електромагнітного розчіплювача - забезпечення практично миттєвого спрацьовування автоматичного вимикача при виникненні в ланцюгу короткого замикання, що захищається. У цій ситуації електричних ланцюгах виникають струми, величина яких у тисячі разів перевищують номінальне значення цього параметра.

Час спрацьовування автомата визначається за його частоковим характеристиками (залежність часу спрацьовування автомата від величини струму), які позначаються індексами А, або C (найпоширеніші).

Тип характеристики позначений параметрі номінального струму на корпусі автомата, наприклад, С16. Для наведених параметрів час спрацьовування знаходиться в межах від сотих до тисячних часток секунди.

Конструкція електромагнітного розчіплювача є соленоїдом з пружним сердечником, який пов'язаний з рухомим силовим контактом.

Електрично котушка соленоїда включена послідовно в ланцюжок, що складається із силових контактів та теплового розчіплювача. При включеному автоматі та номінальному значенні струму через котушку соленоїда протікає струм, однак, величина магнітного потоку мала для втягування сердечника. Силові контакти замкнуті і це забезпечує нормальне функціонування установки, що захищається.

При короткому замиканні різке збільшення струму в соленоїді призводить до пропорційного збільшення магнітного потоку, здатного подолати дію пружини та перемістити сердечник та пов'язаний з ним рухомий контакт. Переміщення сердечника викликає розмикання силових контактів і знеструмлення лінії, що захищається.

Тепловий розчіплювач

Тепловий розчіплювач виконує функцію захисту при невеликому, але чинному протягом тривалого проміжку часу, перевищенні допустимого значення струму.

Тепловий розчіплювач – розчіплювач уповільненої дії, він не реагує на короткочасні кидки струму. Час спрацьовування цього виду захисту регламентується також час-струмовими характеристиками.

Інерційність теплового розчіплювача дозволяє реалізувати функцію захисту від перевантаження. Конструктивно тепловий розчіплювач являє собою консольно закріплену в корпусі біметалеву пластину, вільний кінець якої через важіль взаємодіє з механізмом розчеплення.

Електрично біметалічна пластина послідовно включена з котушкою електромагнітного розчіплювача. При включеному автоматі у послідовному ланцюжку протікає струм, нагріваючи біметалеву пластину. Це призводить до переміщення її вільного кінця у безпосередню близькість до важеля механізму розчеплення.

При досягненні значень струму, зазначених у тимчасово-струмових характеристиках і після певного часу пластина нагріваючись згинається, контактує з важелем. Останній через механізм розчеплення розмикає силові контакти – мережа виявляється захищеною від навантаження.

Регулювання струму спрацьовування теплового розчіплювача за допомогою гвинта 9 проводиться у процесі збирання. Так як більшість автоматів модульні та їх механізми запаяні в корпусі простому електрику немає можливості зробити таке регулювання.

Силові контакти та дугогасна камера

Розмикання силових контактів при протіканні через них струму призводить до виникнення електричної дуги. Потужність дуги зазвичай пропорційна струму в ланцюгу, що комутується. Чим потужніша дуга, тим сильніше вона руйнує силові контакти, ушкоджує пластмасові деталі корпусу.

В пристрої автоматичного вимикачадугогасна камера обмежує дію електричної дуги у локальному обсязі. Вона знаходиться в зоні силових контактів і виконана з покритих міддю паралельних пластин.

У камері дуга розпадається на дрібні частини, потрапляючи на пластини, остигає та припиняє своє існування. Гази, що виділяються при горінні дуги, виводяться через отвори в дні камери і корпусі автомата.

Пристрій автоматичного вимикачаі конструкція дугогасної камери зумовлюють підключення живлення верхні нерухомі силові контакти.

Схожі матеріали на сайті: