Расцепитель автоматического выключателя и его виды: тепловой, электромагнитный, комбинированный, полупроводниковый, электронный или независимый

Определение расцепителя

Расцепитель автоматического выключателя является наиболее важным компонентом автоматического выключателя. Он отключает электрическую сеть от цепи нагрузки, размыкая контакты вводного автомата.

Переключающий элемент активирует механизм свободного открытия при изменении определенного электрического параметра. Одни АБ срабатывают при превышении заданного значения тока, другие реагируют на пороговый уровень напряжения.

Автоматы категории А.

Этот тип автоматического выключателя является наиболее чувствительным и способен реагировать на малейшие изменения тока.

Внутри этих автоматических выключателей установлен не только тепловой расцепитель, но и электромагнитное реле. Тепловой расцепитель в агрегатах с времятоковой характеристикой А чаще всего срабатывает при превышении током номинального значения АВ на 30%.

Если ток в сети превысит номинальное значение на 100%, реле отключит сеть в течение короткого времени. Около 0,05 сек. В том случае, если реле не сработало и сеть не была отключена, срабатывает тепловой расцепитель. Тепловой расцепитель отключит питание на 20-30 секунд.

Автоматические выключатели категории А чаще используются не для обычных жилых сетей, а в помещениях, где недопустимы даже кратковременные перегрузки.

Автоматы категории В.

Эти автоматические выключатели менее чувствительны, чем автоматические выключатели категории А. Электромагнитный расцепитель сработает, когда сила тока превысит допустимое значение в 2 раза. Скорость отклика около 0,015 сек. Если электромагнитный расцепитель не сработает, биметаллическая пластина сработает через 4-5 секунд.

Автоматические выключатели категории B идеально подходят для жилых помещений. Уменьшение чувствительности не делает автомат Б хуже. Их защита работает без перебоев. Кроме того, перегрев в таких сетях отсутствует или минимален.

Автоматы категории С.

При всех достоинствах автоматических выключателей категории В в домашних сетях чаще всего используются выключатели категории С. Их перегрузочная способность даже выше, чем описанные ранее.

Автоматические выключатели категории В чаще используются для защиты отдельных ветвей сети, а вот автоматические выключатели категории С применяются для всей сети. Поэтому их чаще используют в качестве вводных автоматов в электрощитах. При отключении машина C отключит питание одной линии, а не всех.

Для работы соленоида электромагнитного отключения машины С необходимо, чтобы поток проходящих через него электронов превышал номинальное значение в 5 раз. Время отклика около 1,5 сек.

Автоматы категории Д.

Эти агрегаты обладают наибольшей перегрузочной способностью. Если ток превышает основной разряд переключателя менее чем в 10 раз, электромагнитная катушка не сработает.

Срабатывание теплового расцепителя происходит в этом случае через 0,4 сек. Поэтому автоматические выключатели категории D не подходят для полноценной защиты электрической сети. Чаще всего их используют в частных домах, имеющих установки с электродвигателями (для устройств с большим пусковым током).

Автоматы категории K и Z.

Автоматические выключатели этого типа встречаются гораздо реже, чем описанные выше. Их чаще всего используют в строительных компаниях.

Устройства типа K имеют широкий диапазон значений тока, необходимого для электромагнитного отключения. Для работы машины в сети переменного тока номинальное значение должно быть превышено в 12 раз. Однако для цепи постоянного тока она превышена в 18 раз.

Тепловой расцепитель срабатывает при превышении номинального тока на 5 %. Скорость отклика — 0,02 сек.

Автоматические выключатели категории Z также имеют разные рабочие токи. Однако их распространение не так велико, как для категории К.

В цепях переменного тока соленоид электромагнитного расцепителя срабатывает при превышении номинального тока в 3 раза. В цепях постоянного тока — при превышении в 4,5 раза.

Эти машины используются в цепях, к которым подключены определенные электроприборы.

Виды расцепителей автоматических выключателей

Защита цепи нагрузки представляет собой реле прямого действия, способное распознавать возникновение аварийной ситуации и предотвращать развитие негативных процессов. Существует несколько типов триггерных устройств:

• расцепители с максимальной токовой защитой и фиксированными заводскими настройками (тепловые составляющие с выдержкой времени и электромагнитные мгновенные);
• устройства селективного обнаружения перегрузки от коротких замыканий с настройками номинального тока и времени воздействия (полупроводниковые, электронные);
• компоненты с расширенным функционалом (автономные, минимального и нулевого напряжения).

Тепловой

Терморасцепитель — биметаллическая пластина с 2 полосами, спаянными (сваренными или заклепками) между собой. Материалы полос выбираются таким образом, чтобы коэффициент теплового расширения одного отличался от другого.

При прохождении электричества биметаллический припой нагревается тем больше, чем больше сила тока в нем. Если при нагревании металл нижней полосы вытягивается меньше, чем металл верхней полосы, биметаллическая пластина будет прогибаться.

При определенном значении силы тока достаточно изгиба пластины, чтобы разомкнуть контакты автомата. Тепловой расцепитель реагирует на перегрузку ≥30% от номинального значения тока, поэтому он используется для защиты от перегрузки. Время работы обратно пропорционально величине проходящего тока. В разных устройствах связи оно колеблется от секунд до 1-2 часов.

Электромагнитный

Электромагнитная составляющая представляет собой катушку (соленоид) с сердечником, которая движется под действием электромагнитного поля тока, проходящего по обмотке. Сердечник, преодолевая сопротивление пружины, приводит в действие размыкающий элемент.

Электромагнитные реле прямого действия распознают короткое замыкание (превышающее значение тока в несколько раз от номинального значения) и в зависимости от чувствительности срабатывания присваивают машинам классы А, В, С и D.

Расцепители этого типа срабатывают за доли секунды и представляют собой моментальные элементы, используемые для защиты от токов короткого замыкания.

Термомагнитный или комбинированный

Часто тепловой и электромагнитный расцепители соединяют последовательно. Тандем обеспечивает селективность по току: один элемент контролирует токи в зоне перегрузки, а другой защищает электрические цепи от сверхтоков короткого замыкания.

Некоторые производители называют такой пакет комбинированным выпуском. В зарубежных каталогах последовательное соединение 2-х блоков называется термомагнитным расцепителем.

Полупроводниковый

Полупроводниковый блок построен на измерительном элементе ИЭ и элементе активации — электромагните с блоком управления. Измерительный элемент установлен на трансформаторе тока.

Электромагнит воздействует на автоматический разблокирующий механизм машины, заставляя цепь размыкаться ↔ замыкаться. Отключение срабатывает, когда в цепи протекает ток, превышающий уставку перегрузки или короткого замыкания. Эта уставка используется в качестве дополнительной защиты к основной токовой защите от короткого замыкания.

Уставки по току перегрузки (1,25-6,0 от номинального тока) и времени перегрузки (4-16 секунд) твердотельного расцепителя незаменимы в домашней электросети. Они позволяют гибко регулировать работу автомата при питании СБТ электродвигателями с учетом больших токов при пуске бытового агрегата

Необходимые значения тока и выдержки времени устанавливаются переключателями. Они расположены на передней панели блока управления.

Электронный

Электронный аналог блок-схемы не отличается от полупроводникового издания. Измерительное устройство измеряет ток АБ по цепи на трансформаторе, электронный блок блока управления сравнивает полученные и заданные значения и подает управляющее напряжение на электромагнит.

Расширенный набор опций позволяет производить логическую дискриминацию с помощью встроенного в некоторые устройства контроллера. Электронный релиз отличается наличием текущего индикатора, большим выбором настроек и максимальной точностью следования поставленной задаче.

Независимый

Независимый расцепитель дистанционно управляет коммутацией электрических цепей переменного и постоянного тока, это обычный расцепитель с возможностью дистанционной защиты. Когда оно поступает по цепи управления, например с пульта оператора, на соленоид подается напряжение.

В обмотке формируется магнитное поле, сердечник втягивается и приводит в действие механизм свободного расцепления за ≤0,04 с.Для сброса выключателя вручную нажмите кнопку с пометкой «Сброс».

Расцепитель минимального и нулевого напряжения

Некоторые АВ дополнительно комплектуются расцепителями минимума и нуля, которые встраиваются непосредственно в машину или монтируются вне шкафа.

Этот тип триггера реагирует на порог напряжения, а не на ток. Отключают автоматический выключатель при снижении напряжения в электрической цепи ниже 0,35-0,7 и 0,1-0,35 номинального напряжения соответственно

Особенности конструкции

Автоматические выключатели ВА88 ИЭК имеют надежный механизм срабатывания тепловой, электромагнитной и электронной защиты. Силовые контакты (токоведущие части) имеют покрытие для улучшения электропроводности. Конструкция BA88 IEK позволяет подключать широкий спектр дополнительных устройств.

Независимо от типоразмера все выключатели ВА88 ИЭК имеют схожую конструкцию, которую условно можно разделить на три функциональных блока: токоведущие части, механизм свободного расцепления и расцепитель.

Токоведущие части автоматических выключателей ВА88 ИЭК состоят из клемм для подключения внешних проводников, подвижных и неподвижных элементов в контактной группе.

Основу механической части составляет т н. «механизм свободного выпуска». Такой конструктивный узел обеспечивает надежность контактного соединения токоведущих элементов в замкнутом состоянии и их немедленное размыкание при срабатывании расцепителя. Последний, в свою очередь, размыкает цепь, даже если рукоятка выключателя заблокирована в движении.

Расцепители обычно бывают двух типов: термомагнитные и электронные. Конструкция термомагнитных расцепителей хорошо известна: они состоят из электромагнитного устройства для защиты от мгновенной перегрузки (короткого замыкания) и теплового устройства для защиты от длительной перегрузки (сверхтока).

Некоторые типы выключателей ВА88 ИЭК имеют другую конструкцию электромагнитного устройства. Электромагнит реализован в них по принципу электродинамической системы, где проводники с однонаправленными токами отталкиваются, а с разнонаправленными притягиваются.

Причем роль второго проводника играет стальная пластина особой формы, где намагниченность создается переменным током, протекающим по полюсному проводнику. Противоположные токи притягивают пластины, и, если силы достаточно, рейка сброса переводит механизм свободного выпуска в положение «выключено».

Электронный расцепитель реализован на микроконтроллере, измеряющем величину токов, протекающих через каждый полюс. Расцепитель настраивается по трем параметрам: текущий уровень мгновенной и длительной перегрузки, а также выдержка времени срабатывания.

При достижении критического значения тока в течение заданного времени расцепитель через специальное реле дает команду механизму свободного расцепления на отключение выключателя.

Работа автомата при коротком замыкании

Большие токи короткого замыкания могут расплавить провода или сжечь изоляцию. Для хранения проводов используйте электромагнитный расцепитель. В случае короткого замыкания сразу срабатывает механика электромагнитного расцепителя, защищая электрические провода, и он не успевает нагреться.

Но при размыкании контактов возникает электрическая дуга с огромной температурой. Дугогаситель предназначен для защиты от подгорания контактов и разрушения корпуса. Конструктивно камера состоит из элемента с набором тонких медных пластин с небольшим зазором.

Электрическая дуга, соприкасаясь с набором пластин через медный провод, соединенный с контактом, рассыпается на куски, охлаждается и исчезает. В случае короткого замыкания образуются газы, которые выходят через отверстия в камере. Для повторного включения автомата необходимо устранить причину короткого замыкания, иначе автомат снова отключится.

причину короткого замыкания можно определить путем последовательного отключения бытовых электроприборов. Однако если короткое замыкание не проходит после отключения всех приборов, велика вероятность его происхождения в электропроводке. Состояние короткого замыкания может быть вызвано электрическими осветительными приборами, которые также необходимо отключить.

Разновидности модельного ряда

Многие домашние мастера предпочитают использовать проверенные временем шунты. Такие устройства работают исключительно под действием напряжения, которое постепенно проходит по главной цепи автоматического выключателя.

Большая популярность таких установок возникла на фоне того, что каждый мастер может управлять системой удаленно, что не предусмотрено в других категориях выпусков.

Автоматический выключатель помогает вовремя отключить от электросети абсолютно все приборы и другие источники, работающие от электричества. Эта функция особенно важна в ситуациях, когда в сети наблюдается заметное отклонение напряжения от нормы, установленной потребителем

Но важно учитывать недостатки, связанные с передачей энергии в тепловыделение. Наличие такого фактора может быть чревато тем, что выключатель будет отключен неправильно

Современный Z-ASA/230

Производители отмечают тот факт, что отключение вентиляции при пожаре через независимый выключатель в этой серии происходит чрезвычайно быстро. Эта модель доступна с качественными подвижными модулями и шестью парами контактов. Такое устройство особенно актуально в отношении импульсных выключателей.

Устройство отлично работает в экстремальных условиях, когда наблюдается повышенная влажность. Устройство часто используется специалистами по дистанционному управлению. Текущий уровень проводимости равен 4,5 мкм.

Усовершенствованные модификации на 30А

Этот тип расцепителя выключателя изготавливается со специальным расширителем кода. Итоговый показатель выходного напряжения равен 35 В. Слаженная работа устройства связана с диодными выпрямителями. Все контакты установлены на подвижных пластинах.

Специалисты предусмотрели наличие трансиверов с подстроечными резисторами. Многие модели этой категории подключаются к сети через высококачественные конденсаторные батареи. Для предотвращения негативного влияния незапланированных перегрузок на сеть используются расширительные динисторы.

Агрегат IEK РН47

Эксперты с уверенностью говорят, что этот релиз является одним из самых популярных. Компактность этой модели имеет большое значение. Надежная фиксация со щитом обеспечивается небольшими конденсаторными блоками. Кроме того, в модели всего два выпрямителя, а все контакты подвижные.

Сам расширитель находится в нижнем пространстве конструкции вместе с реле. Наличие трансивера не предусмотрено.

повышенное внимание следует уделить рабочим параметрам независимого расцепителя – выходное напряжение в пределах 40 В. Максимальная нагрузка в сети не должна превышать 30 А

Кроме того, производителями был проведен ряд исследований, которые показали, что минимальная температура выброса находится в пределах -10°С. Устройство абсолютно не боится воздействия повышенной влажности. Все провода изолированы особым образом для безопасной эксплуатации агрегата.

Бытовой SHUNT 250 VAC

Эта модель независимого расцепителя основана на диодном выпрямителе, расположенном над реле

Также обратите внимание на рабочие параметры системы, которая составляет 44 Ом. Стандартная пороговая перегрузка соответствует 24 А

Для подключения модификации используется миниатюрный конденсаторный блок.

Все жилы снабжены прочными изоляторами. Устройство оснащено сразу тремя парами резисторов, надежно закрепленными над выпрямителем. Производители не только предусмотрели наличие стабилизатора. Это делает его идеальным для маломощных станций.

Читайте также: Терморезистор: назначение, сопротивление и характеристики, маркировка, принцип работы, как проверить и подключить

Конструкция и принцип работы автомата

Не разбираясь в автоматическом выключателе, сделать выбор будет сложно. Посмотрим, что же скрывается в миниатюрной коробочке из тугоплавкого диэлектрического пластика.

Триггеры: их виды и назначение.

Основными рабочими органами автоматических выключателей являются расцепители, разрывающие цепь при превышении нормативных параметров работы. Расцепители отличаются специфическими действиями и диапазоном токов, на которые они должны реагировать. В их ряды входят:

Есть также нулевые или минимальные версии, чаще всего используемые в качестве дополнения. Они отключаются от сети, когда напряжение падает до предельного значения, указанного в техпаспорте.

Хорошей альтернативой является дистанционный курок, позволяющий включать и выключать машину, не открывая шкаф управления, и замки, фиксирующие положение «выключено». Стоит учесть, что оснащение этими полезными дополнениями существенно влияет на цену устройства.

Используемые в быту автоматы чаще всего оснащены хорошо функционирующей комбинацией электромагнитного и теплового расцепителей. Устройства с одним из этих устройств гораздо реже встречаются и используются. Тем не менее выключатели комбинированного типа более практичны: два в одном выгоднее по всем параметрам.

Калибруемая характеристика номинала аппарата

Это свойство является рабочими параметрами теплового расцепителя или его полупроводникового аналога. Это коэффициент, умножая на который, мы получаем силу тока при перегрузке, которую устройство может или не может держать в течение определенного периода времени.

Значение тарируемой характеристики устанавливается в процессе производства, в домашних условиях регулировке не подлежит. Подберите его из стандартного набора.

Калибровочная характеристика указывает, как долго и какую перегрузку машина может выдержать, не отключая часть схемы от источника питания. Обычно это два числа:

Если провода идут в штробе, образованной в стене с внушительной изоляцией, кабель практически не будет охлаждаться при перегрузке и сопутствующем перегреве. Так что за час провода могут серьезно повредиться.

Возможно, результат превышения сразу никто не заметит, но срок службы проводов значительно сократится. Поэтому для скрытой проводки будем искать выключатель с минимальными калибровочными характеристиками. Для открытой версии нельзя останавливаться конкретно на этом значении.

Устройства для проверки выключателей

Комплексы, используемые для проверки автоматических выключателей, специально разработаны для этой цели. Исключением являются блоки серии РЕТОМ, которые изначально предназначены для проверки релейной защиты, но могут использоваться и для подачи тока в контактную систему выключателя с контролем момента отключения.

Лучше всего для этой цели подходит РЕТОМ-21. Контроль работы теплового расцепителя осуществляется подачей постоянного тока одновременно с запуском секундомера прибора, настроенного на регистрацию исчезновения тока при его выключении.

Электромагнитные расцепители испытывают токами, подаваемыми импульсами длительностью, заданной пользователем. При постоянном увеличении тока защита машины от перегрузки неизбежна.

Важным преимуществом РЕТОМа является то, что ток, подаваемый на испытания, имеет синусоидальную форму. Большинство других устройств, специально предназначенных для проверки автоматов, вырабатывают пульсирующий ток, генерируемый тиристорными регуляторами

Но их размеры меньше, а управление проще.

Таких устройств много. Также подают ток для проверки отсечки с нарастающими по амплитуде импульсами регулируемой длительности, а для проверки тепловой защиты устанавливают требуемый ток и запускают секундомер.

Методика прогрузки

При нагружении на специальной установке измеряют основные характеристики автомата (номинальный ток, ток срабатывания защиты, время срабатывания защиты в нештатных режимах).

Все работы по контролю работоспособности выполняются специальным персоналом, имеющим допуск к таким испытаниям, имеющим удостоверение с отметкой о допуске к специальным работам с испытанием электрооборудования.

В справке должна быть указана группа безопасности и напряжение, при котором сотрудник может проводить проверки (до и выше 1000 В). Акт должен быть подписан энергетиком предприятия, проводящего поверочные работы. Способ загрузки АБ на заводе должен соответствовать ГОСТу на низковольтное контрольно-распределительное оборудование.

Оборудование

Для проверки (нагрузки) автоматического выключателя необходимо собрать достаточно простую схему, включающую необходимое для проверки оборудование:

• подключить провода;
• КУ — клавиша управления;
• ЛАТР — автотрансформатор лабораторный, для изменения нагрузки;
  трансформатор нагрузки или трансформатор нагрузки (НТ);
• амперметр в качестве шунта;
• ТТ — трансформатор тока.

Способ загрузки требует частичной разборки устройства, после проверки его исправности — повторной сборки. Прибор для проверки может быть разного типа, главное, чтобы на АБ был подан искусственный ток короткого замыкания с измерением его величины с учетом времени срабатывания защиты машины в электрической сети.

Сам процесс

Нагрузку выключателя с электромагнитным расцепителем проводят для определения времени работы автомата в пределах защищаемой зоны по заводским характеристикам. Для этого на испытуемом блоке устанавливается ток нагрузки, равный максимальному току для данного типа АБ и времени, согласно заводским техническим условиям.

Для проверки теплового отключения на испытательном стенде установите трехкратный ток нагрузки и максимальное время отключения в соответствии с заводскими спецификациями. Обычно это время составляет от 5 с до 0,5 мин.

Все этапы проверки машины подробно рассмотрены в видео:

Как нагрузить АВ первичным током

Тесты дома

Все результаты проведенной работы заносятся в протокол. В документе отражается значение силы наведенного тока и время срабатывания автомата. Протокол загрузки подписывается лицом, проводившим испытания. Пример заполнения протокола подтверждения приведен ниже:

Сроки испытаний

Периодичность испытаний должна быть указана в сопроводительных нормативных документах изготовителя, но рекомендуемая проверка — один раз в три года при нормальной эксплуатации выключателя на номинальном токе нагрузки.

В случае аварийной или ненормальной работы АВ возможно изменение частоты и проведение внеплановой проверки. Все рекомендации относятся к бытовым автоматическим выключателям и выключателям, устанавливаемым в производственных помещениях.

Согласно ПУЭ, глава 3.2, пункт 1.8.37, нагрузка автоматических выключателей на вводных и секционных устройствах защиты, сетях аварийного освещения, пожарной сигнализации составляет 2% от сетей группы АВ. Требование ПУЭ для других электроустановок 1% от всех установленных машин.

При обнаружении автоматических выключателей, не соответствующих заводским характеристикам, проводится метод проверки всей партии.

После загрузки каждое устройство должно быть проштамповано логотипом лаборатории, проводившей испытание, датой испытания и словами «Испытано» или «Готово к… (дата)». Это означает, что машина прошла испытания и готова к использованию.

Эта методика используется для проверки автоматических выключателей напряжением до 1000 В. Как видите, нагрузить автомат собранным в домашних условиях устройством можно самостоятельно, главное знать технику безопасности и технологию проверки. Надеемся, теперь вы знаете, что и как сделать, чтобы самостоятельно проверить отключающую способность защитного устройства.

Явления, вызываемые сверхтоками

Поток экстремального тока вызывает следующие неприятные явления:

1. Термический перегрев повреждает изоляцию проводников и рабочих элементов, вызывая пожар. Развитие этого явления блокируется установкой устройства токовой защиты с быстродействием ≤ 0,005 с.
2. Электродинамическая сила деформирует и разрушает проводящие компоненты, что приводит к поломке переключателя в сборе. Способ борьбы – подбор компонентов с повышенным электродинамическим сопротивлением и правильная конструкция деталей, исключающая взаимное влияние ЭМ.
3. Магнитное поле отрицательно влияет на работу измерительных приборов, компьютеров и другого точного оборудования. Влияние поля сводится к минимуму за счет использования экранов из магнитомягких сплавов (пермаллоя, феррита).

Проверка работоспособности расцепителей

Проверка работоспособности включает следующие этапы:

1. Визуальный осмотр переключателя. На корпусе устройства не должно быть механических повреждений: сколов и трещин. Обратите внимание на подгонку деталей, качество креплений и хомутов. Проделайте несколько пробных манипуляций «вкл. ↔ выкл.» вручную. Во включенном положении устройство должно защелкнуться, а затем свободно выключиться.
2. Загрузка устройства. Испытание заключается в определении времени срабатывания отключения при подаче на специальную стойку источника питания с регулируемой силой тока. Полученный результат сравнивается с типичной времятоковой характеристикой модели АБ.

Современный рынок электротехнического оборудования предлагает потребителю широкий ассортимент выпусков. Эти агрегаты комплектуются агрегатами с 1-3-фазным переменным током переменного и постоянного тока напряжением до 1000 В.