Автоматический выключатель

Автоматический выключатель или «автомат» — это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном режиме электрической цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в аварийном режиме, таких как токи короткого замыкания и перегрузки.

Автоматические выключатели предназначены для защиты электроустановок от перегрузок и коротких замыканий, а также для нечастого включения и отключения электрических цепей.

Таким образом, автоматические выключатели выполняют одновременно функции защиты и управления.

Устройство

Автоматический выключатель конструктивно выполнен в диэлектрическом корпусе. Автоматический выключатель, рассчитанный на небольшие токи, часто имеет крепление для монтажа на DIN-рейку. Включение-отключение производится рычажком (1), провода подсоединяются к винтовым клеммам (2). Защелка (9) фиксирует корпус выключателя на DIN-рейке и позволяет при необходимости легко его снять (для этого нужно оттянуть защелку, вставив отвертку в петлю защелки). Коммутацию цепи осуществляют подвижный (3) и неподвижный (4) контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов. Механизм расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или магнитным.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину (5), нагреваемую протекающим током. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления. Время срабатывания зависит от тока (время-токовая характеристика) и может изменяться от секунд до часа. Минимальный ток, при котором должен срабатывать тепловой расцепитель (за время не более 1 часа (при I_n ≤ 63 А) или 2 часов (при I_n > 63 А). ГОСТ Р 50345-99, раздел 8.6.1. ), составляет 1,45 от номинального тока. Настройка тока срабатывания производится в процессе изготовления регулировочным винтом (6). В отличие от плавкого предохранителя, автоматический выключатель готов к следующему использованию после остывания пластины.

Электромагнитный расцепитель (токовая отсечка), в отличие от теплового расцепителя, производит отключение автомата без выдержки времени (в течение долей секунды), но при значительно большем превышении тока: в 2÷10 раз от номинала автомата. Кратность срабатывания зависит от типа автоматического выключателя - B, C или D, в зависимости от чувствительности электромагнитного расцепителя. Электромагнитный расцепитель представляет собой соленоид (катушку) (7), подвижный сердечник которого также может приводить в действие механизм расцепления. Ток, проходящий через выключатель, течет по обмотке соленоида и при превышении заданного порога вызывает втягивание сердечника. Во время расцепления контактов может возникнуть электрическая дуга, поэтому контакты имеют особую форму и находятся рядом с дугогасительной решёткой (8).

Варианты исполнения

Автоматические выключатели выполняются одно-, двух-, трёх- или четырёхполюсными и имеют следующие конструктивные узлы: главной контактной системы, дугогасительной системы, привода, расцепляющего устройства, расцепителей и вспомогательных контактов.

Контактная система может быть трёхступенчатой (с главными, промежуточными и дугогасительными контактами), двухступенчатой (с главными и дугогасительными контактами) и при использовании металлокерамики одноступенчатой. Дугогасительная система может состоять из камер с узкими щелями или из камер с дугогасительными решётками. Комбинированные дугогасительные устройства — щелевые камеры в сочетании с дугогасительной решеткой применяют для гашения дуги при больших токах.

Для каждого исполнения автоматического выключателя существует предельный ток короткого замыкания, который гарантированно не приводит к выходу из строя автомата. Превышение этого тока может вызвать подгорание или сваривание контактов. Например, у популярных серий бытовых автоматов при токе срабатывания 6-50 А предельный ток обычно составляет 1 000-10 000 А.

Автоматические выключатели изготовляют с ручным и двигательным приводом, в стационарном или выдвижном исполнении. Привод автоматического выключателя служит для включения, автоматического отключения и может быть ручным непосредственного действия и дистанционным (электромагнитным, пневматическим и др.).

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, называемые расцепителями.

Расцепители

схемы подключения расцепителей

Расцепители — это электромагнитные или термобиметаллические элементы, служащие для отключения автоматического выключателя через механизм свободного расцепления при КЗ, перегрузках и исчезновении напряжения в первичной цепи. Механизм свободного расцепления состоит из рычагов, защелок, коромысел и отключающих пружин и предназначен для отключения автоматического выключателя, а также для устранения повторного включения автоматического выключателя на короткое замыкание при длительно существующей команде на включение.

Классификация

ГОСТ 9098-78 — устанавливает следующую классификацию автоматических выключателей.

1. По роду тока главной (силовой) цепи:

постоянного тока;
переменного тока;
постоянного и переменного тока.

Номинальные токи главных цепей выключателей, предназначенных для работы при температуре окружающего воздуха 40 °C, должны соответствовать ГОСТ 6827. Номинальные токи для главных цепей выключателя выбирают из ряда: 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1 000; 1 600; 2 500; 4 000; 6 300 А. Также существуют номинальные токи 4, 50, 80 А. Дополнительно могут выпускаться выключатели на номинальные токи главных цепей выключателей: 1 500; 3 000; 3 200 А.

Номинальные токи максимальных расцепителей тока выключателей, предназначенных для работы при температуре окружающего воздуха 40 °C, должны соответствовать ГОСТ 6827. Допускаются номинальные токи максимальных расцепителей тока: 15; 45; 120; 150; 300; 320; 600; 1 200; 1 500; 3 000; 3 200 А

2. По конструкции:

воздушный автоматический выключатель (от 800 А до 6 300 А),
выключатель в литом корпусе (от 10 А до 2500 А ),
модульные автоматические выключатели (от 0,5 А до 125 А).

3. По числу полюсов главной цепи:

однополюсные;
двухполюсные;
трехполюсные;
четырехполюсные.

4. По наличию токоограничения:

токоограничивающие;
нетокоограничивающие.

5. По видам расцепителей:

с максимальным расцепителем тока;
с независимым расцепителем;
с минимальным или нулевым расцепителем напряжения.

6. По характеристике выдержки времени максимальных расцепителей тока:

без выдержки времени;
с выдержкой времени, независимой от тока;
с выдержкой времени, обратно зависимой от тока;
с сочетанием указанных характеристик.

7. По наличию свободных контактов («блок-контактов» для вторичных цепей):

с контактами;
без контактов.

8. По способу присоединения внешних проводников:

с задним присоединением;
с передним присоединением;
с комбинированным присоединением (верхние зажимы с задним присоединением, а нижние — с передним присоединением или наоборот);
с универсальным присоединением (передним и задним).

9. По виду привода:

с ручным;
с двигательным;
с пружинным.

10. По наличию и степени защиты выключателя от воздействия окружающей среды и от соприкосновения с находящимися под напряжением частями выключателя и его движущимися частями, расположенными внутри оболочки в соответствии с требованиями ГОСТ 14255.

Ток электромагнитного расцепления

Диаграмма отключения автоматических выключателей разных типов (закрашена область токов электромагнитного расцепления)

Автоматические выключатели делятся на следующие типы по току мгновенного расцепления:

тип B: от 3·I_n до 5·I_n включительно
тип C: от 5·I_n до 10·I_n включительно
тип D: от 10·I_n до 20·I_n включительно

(I_n — номинальный ток выключателя)

У европейских производителей классификация может несколько отличаться. В частности, имеется дополнительный тип A (от 2·I_n до 3·I_n). У отдельных производителей существуют дополнительные кривые отключения. Например, у АВВ имеются автоматические выключатели с кривыми K (8 - 14·I_n) и Z (2 - 4·I_n), соответствующие стандарту МЭК 60947-2.

Отключение

Независимо от выполняемых функций автоматические выключатели подразделяются по собственному времени срабатывания t_с (времени с момента подачи команды до начала размыкания контактов) на:

быстродействующие, обладающие токоограничивающим эффектом (t_св, не более 0,005 с),
нормальные t_c=0,02…0,1 с,
селективные (t_c регулируется до 1 с).

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения t_с, различают нормальные выключатели (t_с, о = 0,02-1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (t_с, о < 0,005 с).

Нормальные и селективные автоматические выключатели токоограничивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, обладают токоограничивающим действием, так как отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения І_у.

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей путём установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания. Т.о. отключение будет происходить на поврежденном или перегруженном участке цепи, а не всего электрооборудования.

Производители

Автоматические выключатели производятся многими европейскими, российскими, японскими и китайскими компаниями.

Среди основных марок европейских производителей можно рекомендовать ABB, Siemens, Schneider Electric, Legrand, Moeller и Hager.

Продукция китайских производителей известна под брендами IEK, EKF, DEKraft, Sassin, Dozer и другими.

Японские производители Terasaki и Mitsubishi.

Среди российских производителей можно отметить ОАО «Дивногорский завод низковольтной аппаратуры», ОАО «ЧЭАЗ», г. Чебоксары, ОАО «Электроаппарат», г. Курск, ОАО «Контактор», г. Ульяновск.

Украинские производители УкрЕМ (Аско).

На главную