Автоматический выключатель

 Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Не следует путать с устройством защитного отключения.
(!)

    
Автоматический выключатель с дистанционным электроприводом включения и микропроцессорным расцепителем

Автоматический выключатель (механический) (МЭС 441-14-20), «автомат» — это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии цепи, таких, как токи короткого замыкания.[1]

Содержание

    1 Происхождение
    2 Роль в электрической цепи
    3 Устройство
    4 Классификация
        4.1 ГОСТ
    5 Отключение
        5.1 Характеристики
            5.1.1 Ток мгновенного расцепления
            5.1.2 Биметаллическая пластина
        5.2 Испытание автоматических выключателей
    6 Варианты исполнения
        6.1 Расцепители
        6.2 Селективный автоматический выключатель
    7 Литература
    8 См. также
    9 Примечания
    10 Ссылки

Происхождение

Автомат защиты линии был изобретён американским учёным Чарлзом Графтоном Пэйджем в 1836 году. Первую конструкцию автоматического выключателя описал Эдисон в 1879 году, в то время как его коммерческая система электроснабжения использовала плавкие предохранители. Конструкция современных автоматических выключателей была запатентована швейцарской компанией Brown, Boveri & Cie в 1924 году.

Роль в электрической цепи

Автоматические выключатели предназначены для многоразовой защиты электрических установок от перегрузок и коротких замыканий. Некоторые модели обеспечивают защиту от других аномальных состояний, например, от недопустимого снижения напряжения. Главным отличием от плавкого предохранителя является возможность многократного использования.

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 на рисунке), 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 (времятоковая характеристика) и может изменяться от секунд до часа. Минимальный ток, при котором должен срабатывать[2] тепловой расцепитель, составляет 1,45 от тока уставки теплового расцепителя. 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 (отсечка) - расцепитель мгновенного действия, представляет собой соленоид (7), подвижный сердечник которого также может приводить в действие механизм расцепления. Ток, проходящий через выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога тока. Мгновенный расцепитель, в отличие от теплового, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительно большем превышении тока: в 2÷10 раз от номинала, в зависимости от типа (автоматические выключатели делятся на типы (классы) B, C и D в зависимости от чувствительности мгновенного расцепителя). В автоматических выключателях на большие токи начиная с 1970-х годов стали применять электронные расцепители(например отечественные автоматические выключатели серии "Электрон", некоторые типы автоматов серий А-37, ВА), а в последнее время и микропроцессорные расцепители (микропроцессорные блоки защиты)[3][4].
Во время расцепления контактов может возникнуть электрическая дуга, поэтому контакты имеют особую форму и находятся рядом с дугогасительной решёткой (8).

Классификация

ГОСТ 9098-78 — устанавливает следующую классификацию автоматических выключателей

1. По роду тока главной 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; 2000; 4 000; 6 300 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; 2000; 3 000; 3 200 А

2. По конструкции: воздушный автоматический выключатель (англ. Air Circuit Breaker, сокращенно АСВ) от 800 А до 6 300 А, выключатель в литом корпусе (англ. МССВ) от 10 А до 2500 А , модульные автоматические выключатели (англ. МСВ) от 0,5 А до 125 А.

3. По числу полюсов главной цепи: однополюсные; двухполюсные; трехполюсные; четырёхполюсные.

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.

 
Отключение

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения tс, о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошёл установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (tс, о = 0,02-1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (tс, 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 Іу.

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.

Характеристики

Ток мгновенного расцепления

Согласно ГОСТ Р 50345-2010, автоматические выключатели делятся на следующие типы (классы) по току мгновенного расцепления:

Диаграмма отключения модульных автоматических выключателей разных производителей (закрашена область токов мгновенного расцепления)

    тип B: свыше 3·In до 5·In включительно (где In — номинальный ток)
    тип C: свыше 5·In до 10·In включительно
    тип D: свыше 10·In до 20·In включительно

У европейских производителей классификация может несколько отличаться. В частности, имеется дополнительный тип A (свыше 2·In до 3·In).
магнитный расцепитель модульного автоматического выключателя G61

У отдельных производителей существуют дополнительные кривые отключения. Например, у АВВ имеются автоматические выключатели с кривыми K (8 - 14·In) и Z (2 - 4·In), соответствующие стандарту МЭК 60947-2.

Биметаллическая пластина

 

биметаллическая пластина модульного автоматического выключателя General Electric G61

Биметаллическая пластина представляет собой ленту из двух металлических полос с разными коэффициентами теплового расширения. В автоматическом выключателе она выполняет роль теплового расцепителя.

магнитный расцепитель модульного автоматического выключателя G61

Две полосы не сплавлены между собой и обычно скреплены с одного конца пайкой или сваркой. Другие концы закреплены неподвижно. Биметаллическая пластина включена в цепь последовательно с нагрузкой. В результате её нагревания электрическим током пластина изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. В случае перегрузки изгиб пластины обеспечивает отключение автоматического выключателя.[5]

Испытание автоматических выключателей

Характеристики выключателей проверяют в ходе типовых испытаний (Стойкость маркировки, Надежность винтов, токопроводящих частей и соединений, Надежность выводов для внешних проводников, Защита от электрических ударов, Электроизоляционные устройства, Превышение температуры, 28-суточное испытание, Характеристика расцепления, Механическая и коммутационная износостойкость, Короткое замыкание, Стойкость против механических толчков и ударов, Термостойкость, Стойкость против аномального нагрева и огня, Коррозиеустойчивость)

Варианты исполнения

    Модульный автоматический выключатель на DIN-рейке

    автоматический выключатель в корпусе пробочного предохранителя

    3-полюсный автомат защиты для непосредственного монтажа

    автоматический выключатель защиты линии в литом корпусе

    используемые в США автоматические выключатели

    автоматические выключатели советского производства

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, электронные, микропроцессорные или термобиметаллические элементы, служащие для отключения автоматического выключателя через механизм свободного расцепления при КЗ, перегрузках и исчезновении напряжения в первичной цепи (непосредственно: электромагнитные и термобиметаллические элементы; либо косвенно через отдельный независимый электромагнитный расцепитель: электронные и микропроцессорные). Механизм свободного расцепления состоит из рычагов, защелок, коромысел и отключающих пружин и предназначен для мгновенного отключения автоматического выключателя (вне зависимости от положения органа включения: невозможность удержания автоматического выключателя во включённом положении при срабатывании расцептителя), а также для устранения повторного включения автоматического выключателя на короткое замыкание при длительно существующей команде на включение.

Селективный автоматический выключатель

В стандартах СССР и России селективные автоматические выключатели-это автоматические выключатели с выдержкой времени (0,25-0,6 с) при отсечке (см. также Токовая отсечка)[3]. Такие выключатели в сочетании с выключателями с мгновенной отсечкой на нижней ступени позволяют строить селективное срабатывание при к.з. Селективные автоматические выключатели (англ. Selective Main Circuit Breaker), имеющие в соответствии с немецким стандартом DIN VDE 0641-21 также имеют функцию селективности, но осуществляют её другим способом.
Литература

    EN 60898
    МЭК 60898-95
    ГОСТ Р 50345-2010 Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Автоматические выключатели для переменного тока
    ГОСТ Р 50030.2-99 Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 2. Автоматические выключатели
    Харечко Ю.В. Защитные устройства модульного исполнения.- М.: ООО "АББ Индустри и Стройтехника", 2008. 336 с.
    А.П. Пищур, "Оборудование в эксплуатации. Ремонт, ретрофит или полная замена автоматических выключателей?". Журнал "Новости ЭлектроТехники", № 4(64), 2010 г. ООО "АЗБУКА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА" (официальное представительство TERASAKI).
    А.П. Пищур, "Современные автоматические выключатели". Журнал "Энерго-Инфо" № 1 (60), январь 2012. ООО "АЗБУКА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА" (официальное представительство TERASAKI).

См. также

    Электрический предохранитель
    Воздушный автоматический выключатель
    Токоограничивающий автоматический выключатель

Примечания

    ↑ ГОСТ Р 50345-99, раздел 3.1.4
    ↑ За время не более 1 часа (при In ≤ 63 А) или 2 часов (при In > 63 А). ГОСТ Р 50345-99, раздел 8.6.1.
    Справочник по наладке электроустановок под ред. Дорофеюка А., Хечумяна А., М. "Энергия", 1976 г.
    ↑ http://forca.ru/spravka/nizkovoltnoe-oborudovanie/susol-mccb-avtomaticheskie-vyklyuchateli-14
    ↑ http://electricalschool.info/spravochnik/apparaty/770-ustrojjstvo-avtomaticheskogo.html Школа для электрика. Устройство автоматического выключателя

Ссылки

    Устройство автоматического выключателя
    ГОСТ 9098-78. Выключатели автоматические низковольтные. Общие технические условия.
    Характеристики автоматических выключателей