Максимальный расцепитель тока. Конструкции расцепителей максимального тока - аппараты распределительных устройств низкого напряжения

Принцип действия

Автоматические выключатели с электромагнитными расцепителями применяются для защиты сети и электрического приемника от повреждений, вызываемых током короткого замыкания, действующим даже кратковременно. При этом каждый автомат снабжается расцепителем максимального, а в некоторых типах расцепителем минимального напряжения.

По выполняемым функциям защиты автоматические выключатели делятся на автоматы: максимального тока, понижения напряжения и обратной мощности.

Автоматы максимального тока служат для автоматического размыкания электрической цепи при возникновении в ней токов короткого замыкания и перегрузок сверх установленного предела. Заменяя собой, рубильник и плавкий предохранитель, они обеспечивают более надежную и избирательную защиту при нештатных режимах.

Если условия среды отличны от нормальных (влажность воздуха выше 85% и в нем содержатся примеси вредных паров), то автоматические выключатели следует помещать в ящики и шкафы пылевлагонепроницаемого и химостойкого исполнения.

Классификация

Автоматические выключатели подразделяются на:

· установочные автоматические выключатели имеют защитный изоляционный (пластмассовый) корпус и могут устанавливаться в общедоступных местах;

· универсальные - не имеют такого корпуса и предназначены для установки в распределительных устройствах;

· быстродействующие (собственное время срабатывания не превышает 5 мс);

· небыстродействующие (от 10 до 100 мс);

Быстродействие обеспечивается самим принципом действия (поляризованный электромагнитный или индукционно-динамический принципы и др.), а также условиями для быстрого гашения электрической дуги. Подобный принцип используется в токоограничивающих автоматах;

· селективные, имеющие регулируемое время срабатывания в зоне токов короткого замыкания;

· а втоматы обратного тока, срабатывающие только при изменении направления тока в защищаемой цепи;

· Поляризованные автоматы отключают цепь только при нарастании тока в прямом направлении, неполяризованные - при любом направлении тока.

Критерий выбора автоматических выключателей

Основными показателями на которые ссылаются при выборе автоматов являются:

Количество полюсов;

Номинальное напряжение;

Максимальный рабочий ток;

Отключающая способность (ток короткого замыкания).

Количество полюсов

Количество полюсов автомата определяется из числа фаз сети. Для установки в однофазной сети используют однополюсные или двухполюсные. Для трехфазной сети применяют трех- и четырехполюсные (сети с системой заземления нейтрали TN-S). В бытовых секторах обычно используют одно- или двухполюсные автоматы.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение автомата это напряжение на которое рассчитан сам автомат. Не зависимо от места установки напряжение автомата должно быть равным или большим номинальному напряжению сети :

Максимальный рабочий ток

Максимальный рабочий ток. Выбор автоматов по максимальному рабочему току заключается в том чтобы номинальный ток автомата (номинальный ток расцепителя) был больше или равен максимальному рабочему (расчетному) току который может длительно проходить по защищаемому участку цепи с учетом возможных перегрузок:

Чтобы узнать максимальный рабочий ток для участка сети (например для квартиры) нужно найти суммарную мощность. Для этого суммируем мощность всех приборов, которые будут подключатся через данный автомат (холодильник, телевизор, св-печь и т.п.).Величину тока из полученной мощности можно найти двумя способами: методом сопоставления или по формуле.

Для сети 220 В при нагрузке в 1 кВт, ток составляет 5 А. В сети с напряжением 380 В величина тока для 1 кВт мощности составляет 3 А. С помощью такого варианта сопоставления можно найти ток через известную мощность. К примеру, суммарная мощность в квартире получилась 4.6 кВт, ток при этом равен примерно 23 А. Для более точного нахождения тока можно воспользоваться известной формулой:

Для бытовых электроприборов .

Отключающая способность

Отключающая способность. Выбор автомата по номинальному току отключения сводится к тому, чтобы ток который автомат способен отключить был больше тока короткого замыкания в точке установки аппарата: Номинальный ток отключения это наибольший ток к.з. который автомат способен отключить при номинальном напряжении.

При выборе автоматов промышленного назначения их дополнительно проверяют на:

Электродинамическую стойкость:

Термическую стойкость:

Автоматические выключатели выпускаются с такой шкалой номинальных токов: 4, 6, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 100 и 160 А.

Конструкция

Особенности конструкции и принцип действия автомата определяются его назначением и сферой применения.

Включение и выключение автомата может производиться вручную, электродвигательным или электромагнитным приводом.

Ручной привод применяется при номинальных токах до 1000 А и обеспечивает гарантируемую предельную коммутационную способность вне зависимости от скорости движения включающей рукоятки (оператор должен производить операцию включения решительно: начав - доводить до конца).

Электромагнитный и электродвигательный приводы питаются от источников напряжения. Схема управления привода должна иметь защиту от повторного включения на короткозамкнутую цепь, при этом процесс включения автомата на предельные токи короткого замыкания должен прекратиться при напряжении питания 85 - 110% от номинального.

При перегрузках и токах короткого замыкания отключение выключателя производится независимо от того, удерживается ли рукоятка управления во включенном положении.

Важной составной частью автомата является расцепитель, который контролирует заданный параметр защищаемой цепи и воздействует на расцепляющее устройство, отключающее автомат. Кроме того, расцепитель позволяет производить дистанционное отключение автомата. Наиболее широкое распространение получили расцепители следующих типов:

· электромагнитные для защиты от токов короткого замыкания;

· тепловые для защиты от перегрузок;

· комбинированные;

· полупроводниковые, обладающие большой стабильностью параметров срабатывания и удобством в настройке.

Для коммутации цепи без тока или для редких коммутаций номинального тока могут применяться автоматы без расцепителей.

Выпускаемые промышленностью серии автоматических выключателей рассчитаны на применение в различных климатических поясах, размещение в местах с разными условиями эксплуатации, на работу в условиях, различных по механическим воздействиям и по взрывоопасности среды, и обладают разной степенью защиты от прикосновения и от внешних воздействий.

Информация о конкретных типах аппаратов, их типоисполнениях и типоразмерах приведена в нормативно-технических документах. Как правило, таким документом являют ся Технические условия (ТУ) завода. В некоторых случаях с целью унификации для изделий, имеющих широкое применение и производимых несколькими предприятиями, уровень документа повышается (иногда до уровня Государственного стандарта).

1. Верхняя клемма для подключения;

2. Неподвижный силовой контакт;

3. Подвижный силовой контакт;

4. Дугогасительная камера;

5. Гибкий проводник;

6. Электромагнитный расцепитель (катушка с сердечником);

7. Ручка для управления;

8. Тепловой расцепитель (биметаллическая пластина);

9. Винт для регулировки теплового расцепителя;

10. Нижняя клемма для подключения;

11. Отверстие для выхода газов (которые образовываются при горении дуги).

Электромагнитный расцепитель

Функциональное назначение электромагнитного расцепителя - обеспечение практически мгновенного срабатывания автоматического выключателя при возникновении в защищаемой цепи короткого замыкания. В этой ситуации в элек

трических цепях возникают токи, величина которых в тысячи раз превышают номинальное значение этого параметра.

Время срабатывания автомата определяется по его времятоковым характеристикам (зависимость времени срабатывания автомата от величины тока), которые обозначаются индексами А, В или C (наиболее распространенные).

Тип характеристики обозначен в параметре номинального тока на корпусе автомата, например, С16. Для приведенных характеристик время срабатывания находится в пределах от сотых до тысячных долей секунды.

Конструкция электромагнитного расцепителя представляет собой соленоид с подпружиненным сердечником, который связан с подвижным силовым контактом.

Электрически катушка соленоида включена последовательно в цепочку, состоящую из силовых контактов и теплового расцепителя. При включенном автомате и номинальном значении тока, через катушку соленоида протекает ток, однако, величина магнитного потока мала для втягивания сердечника. Силовые контакты замкнуты и это обеспечивает нормальное функционирование защищаемой установки.

При коротком замыкании резкое увеличение тока в соленоиде приводит к пропорциональному увеличению магнитного потока, способного преодолеть действие пружины и переместить сердечник и связанный с ним подвижный кон такт. Перемещение сердечника вызывает размыкание силовых контактов и обесточивание защищаемой линии.

Тепловой расцепитель

Тепловой расцепитель выполняет функцию защиты при небольшом, но действующим в течении относительно длительного промежутка времени, превышении допустимого значения тока.

Тепловой расцепитель – расцепитель замедленного действия, он не реагирует на кратковременные броски тока. Время срабатывания этого вида защиты регламентируется также время-токовыми характеристиками.

Инерционность теплового расцепителя позволяет реализовать функцию защиты сети от перегрузки. Конструктивно тепловой расцепитель представляет консольно закрепленную в корпусе биметаллическую пластину, свободный конец которой через рычаг взаимодействует с механизмом расцепления.

Электрически биметаллическая пластина включена последовательно с катушкой электромагнитного расцепителя. При включенном автомате в последовательной цепочке протекает ток, нагревая биметаллическую пластину. Это приводит к перемещению ее свободного конца в непосредственную близость к рычагу механизма расцепления.

При достижении значений тока, указанных во временно-токовых характеристиках и по истечении определенного времени пластина нагреваясь изгибается, контактирует с рычагом. Последний через механизм расцепления размыкает силовые контакты - сеть оказывается защищенной от перегрузки.

Регулировка тока срабатывания теплового расцепителя с помощью винта 9 производится в процессе сборки. Так как большинство автоматов модульные и их механизмы запаяны в корпусе простому электрику нет возможности произвести такую регулировку.

Страница 40 из 75

5-7. КОНСТРУКЦИИ РАСЩЕПИТЕЛЕЙ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА

Расцепители максимального тока при сверхтоках могут срабатывать: 1) с выдержкой времени, зависимой от тока, 2) с выдержкой времени, независимой от тока; 3) без выдержки времени. При всех токах, больших тока уставки, расцепители могут иметь одну из указанных выше характеристик или характеристику одного типа при токах перегрузки (от номинального до 4 - 15-кратного) и другого типа при больших токах. Сочетание двух типов характеристик может достигаться как применением комбинированного расцепителя, состоящего из двух разных, так и путем применения расцепителя двойного действия.

Расцепители выполняются термобиметаллическими, у которых движущая сила создается тепловым действием тока, и электромагнитными, у которых движущая сила создается электромагнитом. У последних для создания выдержки времени применяются:

1) механизмы, подобные часовым;

2) диски со слоем жидкости (масла) между ними, удерживаемые силой сцепления;

устройства с перетеканием жидкости из одного пространства в другое;

устройства с перетеканием воздуха из одного пространства в другое.

Применяемые в настоящее время расцепители имеют характеристики, указанные в табл. 5-3.

Тепловой расцепитель описан в § 4-10.

Электромагнитный расцепитель мгновенного действия представляет собой обычный электромагнит с сериесной катушкой и поворотным якорем, удерживаемым пружиной, усилие которой регулируется. При сверхтоках якорь притягивается и ударом своего бойка вызывает расцепление механизма. Уставка на ток срабатывания указывается на шкале. Обычно она может регулироваться в пределах от 80-100 до 200-250% номинального тока расцепителя. Иногда применяют расцепители с пределами регулировки от,500 до 1 500%.

Электромагнитный расцепитель с дисками отличается от описанного (выше тем, что с якорем связан диск, соприкасающийся с другим неподвижным диском. Оба эти диска имеют шлифованные и притертые поверхности. Они помещены в масло и укреплены так, что самоустанавливаются. Для отрыва дисков друг от друга требуется время тем меньшее, чем больше усилие. Этим достигается обратно зависимая от тока характеристика (рис. 5-20). Электромагнитные расцепители двойного действия с часовым механизмом описаны в § 4-8 (рис. 4-30). Расцепитель двойного действия с диском в масле принципиально устроен так же: при больших токах якорь мгновенно притягивается, растягивая пружину уставки мгновенного срабатывания, а при малых токах он удерживается этой пружиной; пружина передает усилие на диск. Срабатывание происходит с выдержкой времени после того, как диск отлипнет.

Рис. 5-20. Защитные характеристики расцепителей максимального тока с дисками в масле (1) с перетеканием кремний- органической жидкости 2 и 3 для исполнения с наибольшей и наименьшей выдержкой времени при нормальной температуре среды.

Электромагнитные расцепители двойного действия для получения избирательной защиты при коротком замыкании, кроме часового механизма, работающего при перегрузке, имеют механизм, дающий выдержку времени при коротком замыкании (рис. 4-31). Этот механизм вступает в действие, когда растягивается пружина уставки мгновенного срабатывания (§ 4-8).

Представляют интерес электромагнитные расцепители, у которых выдержка времени получается при перетекании кремнийорганических жидкостей из одного пространства в другое. Кремнийорганические жидкости выбраны потому, что они меньше других подходящих для этой цели жидкостей меняют свою вязкость при изменении температуры. Простейший расцепитель этого типа (рис. 5-21) применяется для установочных автоматов фирмы Хайнеманн (США) на номинальные токи от 50 ма до 60 а. Аналогичный расцепитель имеют установочные автоматы по типу A3100 на токи до 100 а, выпускаемые ЧССР.

Рис. 5-21. Расцепитель максимального тока с перетеканием жидкости для установочных автоматов.

1 - стальной стоп; 2 - якорь; 3 — демпфирующая жидкость; 4 - возвратная пружина; 5 - магнитопровод; 6 - латунная гильза; 7 - якорь; 8 - шарик перепускного клапана: 9 - обмотка.

Расцепитель имеет электромагнит с поворотным якорем, у которого есть сердечник в виде полой герметически закрытой латунной трубки 6 с жидкостью 3 и стальным цилиндром 7. При очень большом токе якорь притягивается мгновенно. При небольших токах стальной цилиндрик медленно поднимается внутри трубки, так как жидкость медленно перетекает из пространства, находящегося по одну сторону цилиндрика, в пространство, находящееся по другую сторону. Движение стального цилиндрика приводит к уменьшению воздушного зазора в магнитопроводе и дает возможность притянуться якорю. Защитные характеристики см. на рис. 5-20. При изменении температуры среды ток уставки не изменяется, но время срабатывания при данном токе меняется весьма значительно. Так, например, при жидкости, примененной в автомате Хайнеманн, выдержка времени изменялась с 2,5 до 80 сек при изменении температуры от +50 до -50° С. При тех же пределах изменений температуры и применении кремнийорганической (этилполисилоксановой) жидкости № 5 выдержка времени менялась от 1 до 22 сек.

Характеристика расцепителей максимального тока

	Наименование расцепителя			Примечание
		при перегрузке	при коротком
	Тепловой	Обратно зависимая		Применяется в автомате А3163, § 4-10
	Комбинированный тепловой с электромагнитным	Обратно зависимая	Мгновенного действия	§ 4-10, рис. 4-35
	Электромагнитный мгновенного действия	Мгновенного действия		Модификация расцепителей двойного действия
	Электромагнитный с дисками в масле (без отсечки)	Обратно зависимая		Устаревшая конструкция
	Электромагнитный двойного действия с дисками в масле (с отсечкой)	Обратно зависимая	Мгновенного действия
	Электромагнитный двойного действия с часовым механизмом (с отсечкой)			§4-8, рис. 4-30
	Электромагнитный двойного действия с часовым механизмом и замедлителем расцепления		Независимая	§4-8, рис. 4-30 и 4-31
	Электромагнитный двойного действия с часовым механизмом с независимой выдержкой времени (с отсечкой)	Независимая	Мгновенного действия	Применялся в Германии

Продолжение табл. 5-3

	Наименование расцепителя	Зависимость выдержки времени от тока
		при перегрузке	при коротком замыкании	Примечание
	Электромагнитный с перетеканием жидкости (без отсечки)	Обратно зависимая при малых токах. Мгновенного действия при больших токах (с плавным переходом)		§ 5-7, рис. 5-21
	Электромагнитный двойного действия с перетеканием жидкости (с отсечкой)	Обратно зависимая	Мгновенного действия
	Электромагнитный двойного действия с перетеканием жидкости (без отсечки)		Обратно зависимая	[Л. 5-20], рис. 5-22, [Л. 5-6]
	Электромагнитный тройного действия с перетеканием жидкости и часовым механизмом	Обратно зависимая с большой выдержкой при токах до пятикратного, с малой выдержкой при токах от пяти- до 30-кратного, мгновенного действия при больших токах
	Электромагнитный двойного действия с перетеканием воздуха (с отсечкой)	Обратно зависимая	Мгновенного действия	Модификация расцепителя, рис, 5-23, § 5-7
	Электромагнитный двойного действия с перетеканием воздуха (без отсечки)		Обратно зависимая	Рис. 5-23, § 5-7

Для универсальных, автоматов применяется расцепитель, приведенный на рис. 5-22 . Сердечник 4 из кремнистого железа (для уменьшения вихревых токов) с трубкой и колпачком из нержавеющей немагнитной стали 1 образует герметически закрытую полость, внутри которой имеется кремнийорганическая жидкость. При закупорке полости влага и кислород удалены с помощью тепловой и вакуумной обработки, что предотвращает коррозию и старение жидкости. -

Рис. 5-22. Расцепитель максимального тока с перетеканием жидкости для универсальных автоматов (США). а - нормальное положение; б - после срабатывания с выдержкой времени: в- после срабатывания без выдержки времени.

В полости имеется стальной цилиндр 2, который при обесточенной катушке удерживается пружиной 3 в верхнем положении. При перегрузках цилиндр 2 благодаря притяжению к кромке отверстия магнитопровода остается неподвижным, а сердечник 4 притягивается к цилиндру 2 и, преодолевая усилие пружины уставки 7, медленно движется вверх по мере того, как жидкость перетекает из полости под цилиндром в полость над цилиндром. Колпачок трубки 1 при движении вверх поворачивает рычаг 6 и вызывает расцепление автомата. При токах короткого замыкания благодаря насыщению стенки сердечника 4 втягивается якорь 5 и независимо от положения цилиндра 2 вызывает мгновенное срабатывание расцепителя. Уставка мгновенного срабатывания регулируется положением упорного винта якоря 8 и толщиной стенки сердечника 4. Якорь можно иметь ненасыщенным при любых токах. Благодаря этому можно сделать уставки мгновенного срабатывания в очень широких пределах, чего нельзя сделать в обычных конструкциях из-за насыщения якоря. Расцепитель легко можно изготовлять с разными выдержками времени путем выполнения щелей (сквозь которые проходит жидкость) разного размера. Делая перепускной клапан, можно, имея большие выдержки времени при перегрузках, получить достаточно малые выдержки времени в области токов короткого замыкания вплоть до токов предельной разрывной способности. Расцепитель может иметь практически любые требующиеся защитные характеристики. На рис. 5-20 представлены характеристики с максимальной и минимальной выдержкой времени. Можно иметь при любом токе переход с верхней на нижнюю характеристику либо создать мгновенное срабатывание.

Иногда для перетекания жидкости используется поршень , но при этом получаются осложнения с выводом его штока из сосуда с жидкостью, который для стабильности характеристик должен быть герметизирован. Этот расцепитель применяется в разных комбинациях с часовым механизмом для получения малых выдержек времени при коротком замыкании и с расцепителем мгновенного действия.

В последнее время все чаще применяются максимальные расцепители с перетеканием воздуха (рис. 5-23). Ток главной цепи автомата, протекающий по катушке 1, притягивает якорь 2 к стопу 3. Усилие передается через пружину 4 на тягу 5, соединенную с диафрагмой 6. При перегрузках до пятикратных значений тока уставки пружина 4 не сжимается и скорость движения якоря определяется размером отверстия клапана 7, который пропускает воздух в камеру 8 (в начале движения клапан 9, служащий для выпуска воздуха при возврате расцепителя, закрывается). Выдержка времени зависит от тока. При токах, больших пятикратного, пружина 4 сжимается и диафрагма 6 движется с постоянной скоростью. При этих токах выдержка времени не зависит от тока (рис. 5-24). Клапан 7 (рис. 5-23) дает большую выдержку времени, величина которой может изменяться поворотом диска 10. Ток уставки замедленного срабатывания (при большой выдержке времени) регулируется натяжением пружины, связанной с регулировочной гайкой 11. Уставка на ток быстрого срабатывания регулируется натяжением пружины, связанной с регулировочной гайкой 12. При токах, больших уставки, якорь 14 притягивается и открывает клапан 15, дающий малую выдержку времени, величина которой регулируется гайкой 13, которая смещает упор клапана и, следовательно, регулирует размер отверстия. Расцепитель имеет много исполнений, определяемых размерами отверстий клапанов. Если при токах, больших уставки тока быстрого срабатывания, не надо иметь выдержки времени, то клапан 15 исполняется с большим отверстием и регулировочная гайка 13 отсутствует.

Рис. 5-23. Схема конструкции максимального расцепителя с перетеканием воздуха универсального автомата типа DB-50 на 1 500 а фирмы Вестингауз.

Уставка на ток замедленного срабатывания регулируется в пределах 0,8 - 1,6, а на ток быстрого срабатывания - в пределах 5 - 10 номинального тока расцепителя. Шкала уставки времени замедленного срабатывания имеет разные исполнения, каждое из которых имеет две отметки, соответствующие разным значениям tyCT ((H) и 30, 25 и 5, 10 и 5 сек и т. п.). Шкала уставки быстрого срабатывания имеет метки 0,125; 0,25 и 0,5 сек. Таким образом, полная защитная характеристика (время t - ток I) расцепителя состоит из любой комбинации двух кривых, которые могут быть получены, если для кривой рис. 5-24 задавать разные указанные выше значения времени уставки tycт и тока уставки /уст замедленного и быстрого срабатывания. Есть исполнения расцепителей мгновенного действия (без диафрагмы) с уставками 0,8 - 1,6 или 5 - 15 номинального тока расцепителя.

Рис. 5-24. Защитные характеристики время t = f(I) расцепителей максимального тока с перетеканием воздуха универсального автомата DB-50 на 1 500 а фирмы Вестингауз; при перегрузках fyCT = 5 ч- 60 сек; /уст= 0,8 ч-1,6 номинального тока; при токах короткого замыкания tycr = 0,12 ч- 0,5 сек; /уст=5ч- 10 номинального тока.