Выключатели с электромагнитным расцеплением

Промышленные автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем

В составе любого электрического оборудования, в котором имеются мощные потребители всегда находит себе место автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем. Данное устройство является защитой от перегрузок, которая предотвращает неожиданные поломки, как со стороны потребителя, так и со стороны питающей подстанции.

Как правило, во всей цепи питания используется несколько подобных приборов, но только рассчитаны они на разные токи отключения в зависимости от создаваемой нагрузки в определенных участках цепи.

Выключатели с электромагнитным расцеплением

Питер Кетлер, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, г. Бломберг (Германия)
Альберт Баишев, ООО «Феникс Контакт РУС», г. Москва

Избегайте риска – используйте автоматические выключатели для защиты приборов

Автоматические выключатели используются повсеместно в самых разных отраслях. Phoenix Contact представляет линейку автоматических выключателей серии СВ.
Это термомагнитные и электронные автоматические выключатели с различными отключающими характеристиками, специально разработанные для обеспечения надежной селективной защиты вторичных цепей постоянного тока.

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ С ТЕРМОМАГНИТНЫМИ РАСЦЕПИТЕЛЯМИ

В случае перегрузки термомагнитные автоматические выключатели отключаются механически с определенной задержкой посредством биметаллической пластины. Этот тип размыкания цепи называется тепловым отключением. При появлении короткого замыкания магнитный сердечник вызывает мгновенное отключение контролируемого устройства (или нескольких устройств, контролируемых одним автоматическим выключателем) от источника питания, предотвращая отключение всей группы устройств, запитанной от одного источника.

В линейку СВ включены аппараты с тремя видами характеристик срабатывания электромагнитного расцепителя, удовлетворяющих конкретным условиям применения.

Три характеристики отключения аппаратов серии СВ (рис. 1) разработаны для того, чтобы обеспечить лучшую защиту различных устройств.

Рис. 1. Диапазоны срабатывания характеристик автоматических выключателей серии СВ с термомагнитным расцепителем

Выключатели с быстрой характеристикой F1 – хороший вариант для защиты устройств с низкими пусковыми токами.

Для защиты приборов с более высокими пусковыми токами предназначены аппараты с характеристикой отключения SFB (Selective Fuse Breaking), представляющей собой оптимизированную характеристику С. Диапазон срабатывания характеристики SFB составляет [6–10] I_ном, что значительно уже, чем для стандартной характеристики отключения С, кратной [7,5–15] I_ном на постоянном токе. Это обеспечивает лучшую селективность отключения и надежное срабатывание автоматического выключателя даже при существенном увеличении дистанции между источником питания и нагрузкой.

Характеристика М1 отличается большей инерционностью, благодаря чему она идеально подходит для защиты устройств с очень высокими и длительными пусковыми токами.

СИГНАЛЬНЫЙ КОНТАКТ И РАЗМЫКАНИЕ ЦЕПИ

Изолированный переключающий сигнальный контакт, встроенный в каждый термомагнитный автоматический выключатель СВ, обеспечивает высокую гибкость при организации сигнализации состояния защиты. Это позволяет обслуживающему персоналу быстро определить, где в системе возникла неисправность, и незамедлительно принять меры по ее устранению.

При неисправности в нагрузке необходимо обеспечить надежное электрическое разъединение, чтобы изолировать неисправный прибор. Термомагнитные автоматические выключатели гарантируют надежное отключение, используя механическое размыкание цепи, что в данном случае является их преимуществом перед электронными защитными устройствами.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Электронные автоматические выключатели изготавливаются в корпусе, аналогичном корпусу термомагнитных выключателей. Защитное устройство имеет встроенную схему на базе биполярного транзистора, которая отключает ток нагрузки при срабатывании. Ключевое преимущество автоматических выключателей данного типа перед автоматическими выключателями с механическим расцепителем – возможность активного ограничения тока. Кроме того, некоторые версии этих устройств дают возможность дистанционного включения и отключения.

Ток перегрузки в данном случае ограничен коэффициентом 1,25, что значительно ниже, чем в случае с термомагнитными выключателями. Это означает, что максимальная длина провода между источником питания и нагрузкой при использовании электронных автоматических выключателей может быть в несколько раз больше. Однако при выборе необходимо убедиться, что пусковые токи защищаемого устройства не достигают границ срабатывания автоматического выключателя, чтобы не допустить ошибочные срабатывания.

Серия СВ предлагает четыре типа электронных автоматических выключателей. Первые два типа имеют один сигнальный контакт – нормально замкнутый либо нормально разомкнутый. Другие два снабжены для сигнализации своего состояния активным выходом 24 В. При этом один из них имеет вход Reset, который позволяет дистанционно включить автоматический выключатель с помощью импульса 24 В после его срабатывания. И последний вариант предоставляет возможность как дистанционного включения, так и отключения автоматического выключателя с помощью подачи сигнала 24 В на вход Control. Благодаря данным функциям удаленное управление выполняется намного проще и быстрее.

ПРЕИМУЩЕСТВА КОНСТРУКЦИИ

Все версии новых автоматических выключателей СВ имеют одинаковые внешние размеры, соответствующие стандарту DIN 43880, что позволяет устанавливать их в стандартных монтажных коробках (рис. 2). Ширина устройства – всего 12,3 мм, что существенно экономит место при монтаже.

Рис. 2. Пример монтажа автоматических выключателей в стандартную распределительную коробку глубиной 120 мм вместе с блоком питания 24 В и УЗИП производства Phoenix Contact

Выключатели имеют штекерную конструкцию. При этом базовый элемент является универсальным и подходит для штекера любого типа данной серии. Это позволяет пользователю при необходимости свободно варьировать типы выключателей без разрыва электрических соединений. При подключении штекера он автоматически фиксируется в базовом элементе с помощью защелки, что предотвращает любую возможность случайного отсоединения автоматического выключателя от своего базового элемента.

Линейка автоматических выключателей от Phoenix Contact обеспечивает простой и удобный монтаж благодаря полной совместимости с системой клемм CLIPLINE Complete, которая характеризуется всеобъемлющей номенклатурой аксессуаров. Например, стандартные перемычки могут использоваться для быстрого и удобного распределения потенциала от одного источника питания на несколько автоматических выключателей. Использование двойного ряда перемычек позволяет проводить ток нагрузки до 41 А. Кроме того, перемычки можно использовать и для сигнальных контактов, с их помощью можно организовать как групповую, так и индивидуальную сигнализацию состояния автоматических выключателей.

Передовая технология подключения Push-in позволяет проводить монтаж проводов без использования инструмента и существенно сокращает время на установку (рис. 3).

Рис. 3. Подключение перемычек и проводов к базовым элементам автоматических выключателей

ТИПОВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Автоматические выключатели серии СВ предназначены в первую очередь для использования во вторичных системах питания напряжением 24 В постоянного тока для защиты конечных приборов и проводки от токов перегрузки и короткого замыкания. Наилучшая защита обеспечивается при защите каждого канала отдельным автоматическим выключателем. Это позволяет обслуживающему персоналу быстро определить, где произошел сбой, и принять меры.

Для менее критичных частей системы широко применяется вариант защиты целой группы приборов с помощью одного выключателя.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Независимый расцепитель для автоматических выключателей

Как уже отмечалось, данное устройство является дополнительным защитным элементом электрической цепи. С его помощью осуществляется дистанционное отключение автоматов или выключателей нагрузки.

Наибольшее распространение независимый расцепитель получил при составлении проектов вентиляционных систем. В соответствии с нормативными документами, в случае возникновения пожара, вентиляция должна быть очень быстро отключена. Поэтому к вводному автомату, установленному в щите, обслуживающем вентиляционную систему, дополнительно подсоединяется независимый расцепитель.

В электрические щиты, рассчитанные на ток до 100 ампер, устанавливаются модульные автоматы. Общий ввод в большинстве случаев защищен выключателем нагрузки. Именно к нему и подключается независимое расцепляющее устройство, выполняющее отключение при нештатных ситуациях. Если же ток на входе составляет свыше 100 А, требуется установка более мощного автоматического выключателя. К нему же можно подобрать наиболее подходящий независимый расцепитель.

С помощью этого прибора возможно отключение не только однофазной, но и трехфазной аппаратуры. Для того чтобы расцепитель начал действовать, вполне достаточно одной подачи импульса напряжения на его катушку. Возвращение расцепителя в исходное состояние осуществляется с помощью кнопки «возврат». Ее нажатие вручную указывает на дистанционное отключение, а не срабатывание в результате короткого замыкания.

Срабатывание независимых расцепителей может произойти по разным причинам. Наибольшее распространение получили следующие:

• Чрезмерные скачки напряжения в сторону увеличения или уменьшения.
• Нарушение установленных параметров, изменение состояния электрического тока.
• Сбой в работе автоматов, невозможность выполнения ими своих функций.

Существуют аналогичные отключающие устройства, используемые совместно с автоматическими выключателями. Они выполняют те же самые функции, но по принципу работы являются тепловыми и электромагнитными.

Типы и устройство расцепителей автоматических выключателей

Магнитный расцепитель

Предназначен только для защиты от токов короткого замыкания (КЗ). Представляет из себя катушку, внутри которой расположен подвижный сердечник, механически связанный с механизмом взвода автомата. Катушка подключается последовательно полюсу автомата, если полюсов несколько – катушка ставиться на каждый из них.

При возникновении КЗ – ток в цепи резко возрастает. Повышенный ток проходит через катушку расцепителя, из-за чего в ней возникает магнитное поле, которое втягивает сердечник тем самым вызывая отключение автомата.

» >
Условная схема автомата с магнитным расцепителем

» >
Автомат с магнитным расцепителем

Автоматы с магнитным расцепителей применяются, например, для защиты электродвигателей в комбинации с контактором и тепловым реле. В зависимости от производителя и серии автомата, ток срабатывания может быть фиксированным или регулируемым.

Термомагнитный расцепитель

Применяется для защиты от токов КЗ и перегрузки. Представляет из себя комбинацию магнитного и теплового расцепителя. Устройство и принцип работы магнитного расцепителя описан выше. Теперь поговорим о тепловом расцепителе.

Итак, тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину – пластину из 2-х металлов с разными коэффициентами теплового расширения, изготовленную таким образом, что её форма меняется под воздействием температуры. При протекании тока выше допустимого форма пластины меняется, что приводит в действие механизм взвода и автомат отключается.

» >
Условная схема автомата с термомагнитным расцепителем

» >
Термический расцепитель автомата

Микропроцессорный расцепитель

Автоматы с магнитным и термомагнитным расцепителем применяются в большинстве случаев в небольших распределительных сетях (как правило до 630А). В больших сетях для обеспечения селективности отключения требуются более сложные и точные настройки защиты, поэтому, как правило, шприменяются автоматы с микропроцессорным (электронным) расцепителем.

Микропроцессорный расцепитель измеряет ток в цепи с помощью трансформаторов и постоянно сравнивает его с заданными параметрами. Если значения тока выходят за заданные пределы – расцепитель подает команду на электромагнитную защелку, которая в свою очередь отключает автомат.

» >
Условная схема автоматического выключателя с электронным расцепителем

Микропроцессорные расцепители обладают самыми широкими настройками и функционалом, на их основе стоится логическая селективность, выводятся данные измерений, ведется учет энергии, регистрация срабатываний. Применяются для защиты распределительных сетей, некоторые модификации расцепителей для защиты двигателей и генераторов. Уставки по токам КЗ и перегрузке как правило регулируемые.

Виды расцепителей

В бытовых автоматических выключателях чаще всего встречаются следующие виды расцепителей: тепловой, электронный и электромагнитный. Они быстро распознают критическую ситуацию (появление сверхтоков, перегрузки и перепады напряжения) и размыкают контакты автоматического выключателя, предотвращая порчу электрического оборудования и защищая проводку. Помимо этих видов, существуют еще и расцепители нулевого напряжения, минимального напряжения, независимые, полупроводниковые, механические.

Сверхтоки – увеличение силы тока в электрической сети, превышающей номинальный ток автомата. Это токи перегрузки, замыкания.

Ток перегрузки – сверхток в функциональной сети.

Ток короткого замыкания – сверхток, появляющийся в результате замыкания двух составляющих сети при крайне низком сопротивлении между этими элементами.

Тепловой расцепитель

Тепловой расцепитель размыкает контакты автоматического выключателя при небольших превышениях номинального тока, отличается увеличенным временем срабатывания. При кратковременных превышениях токовой нагрузки он не срабатывает, это удобно в сетях, где часты именно кратковременные превышения номинального тока автомата.

Тепловой расцепитель является биметаллической пластиной, один конец которой расположен рядом со спусковым механизмом расцепления. В случае увеличения силы тока пластина начинает изгибаться и приближаться к спусковому механизму, касается планки, а та, в свою очередь, размыкает контакты автоматического выключатели. Принцип работы построен на физических свойствах металла, расширяющегося при нагревании, поэтому такой расцепитель и называется тепловым.

К достоинствам теплового расцепителя можно отнести отсутствие трущихся друг о друга поверхностей, устойчивость к вибрациям, низкая стоимость в силу простой конструкции. Но нужно обратить внимание и на недостатки – работа теплового расцепителя сильно зависит от температуры окружающей среды, их следует размещать в местах со стабильным температурным режимом вдали от источников тепла, в противном случае возможны многочисленные ложные срабатывания.

Электронный расцепитель

В состав электронного расцепителя входят измерительные устройства (датчики тока), блок управления и исполнительный электромагнит. Электронные расцепители предназначены для подачи команды на автоматическое отключения автомата с заданной программой при возникновении в электрической цепи сверхтоков перегрузки или замыкания. При превышении силы тока через автомат в блоке электронного расцепителя начинается отсчет времени срабатывания в соответствии с время-токовой характеристикой. Если за время срабатывания ток снизится до величины, ниже пороговой, то автоматического срабатывания не произойдет.

К плюсам электронных расцепителей относятся: широкий выбор настроек, четкое следование прибора заданной программе, наличие индикаторов. Основной недостаток – довольно высокая стоимость, а также чувствительность расцепителя к воздействию электромагнитного излучения.

Электромагнитный расцепитель

Электромагнитный расцепитель (отсечка) срабатывает мгновенно, не допуская ни малейшей вероятности повреждения составных частей электроцепи. Это соленоид с подвижным сердечником, который воздействует на механизм расцепления. В процессе протекания тока по обмотке соленоида, в случае превышения токовой нагрузки, происходит втягивание сердечника под воздействием электромагнитного поля.

Электромагнитный расцепитель срабатывает при превышении тока короткого замыкания. Он обладает достаточной прочностью, устойчив к вибрации, однако создает магнитное поле.

Какие нормативные документы используются при разработке алгоритмов проверки?

Основные термины и определения, а также базовые нормативные диапазоны, используемые для описания характеристик расцепляющих автоматов, приведены в стандарте ГОСТ IEC 60934-2015(принят вместо ГОСТ 50031-2012).

Конкретные алгоритмы проверок и рекомендуемые схемы стендовых испытаний приведены в ГОСТ Р 50345-2010 и ГОСТ Р 50030.2 — 2010( принят вместо ГОСТ Р 50030.2-99).

Измерение сопротивления изоляции производится согласно ПУЭ и ПТЭЭП.

Организация условий измерений проводится в соответствии с приведенными выше стандартами и с учетом положений отраслевых СНИП.

Несмотря на достаточно четкую нормативную проработку алгоритмов ревизии и наладки аппаратуры для защиты от сверхтоков, для каждого конкретного случая разрабатывается свой вариант технологической инструкции, ориентированный, как правило, на конкретный тип расцепителей и имеющееся в наличии измерительное оборудование.

Как проверить работоспособность и исправность расцепителя

Тестирование расцепителя должен проводить только опытный специалист с применением специального оборудования. Не стоит ее делать в домашних условиях – это может быть опасно. При неверной оценке работоспособности расцепителя существует риск замыкания, которое может обернуться пожаром.

1. При проверке для начала осматривается корпус устройства. На нем не должно быть дефектов, таких как сколы, трещины, вмятины и так далее.
2. Затем проверяют исправность рычажка — он должен свободно ходить и фиксироваться во всех положениях. Для этого делают несколько щелчков выключателем.
3. Только после тщательной визуальной оценки механизм нагружают, искусственно создавая с помощью специального прибора условия, при которых выключатель должен сработать, и засекают время его срабатывания независимого расцепителя.
4. После этого точно такую же процедуру производят с прибором после снятия с него корпуса.

Главным критерием при тестировании работоспособности расцепителя является время от нагрузки автомата до отключения. Оно не должно превышать значение, указанное производителем.

При выборе автомата нужно обязательно обратить внимание на вид расцепителя, который в нем установлен. Хоть они и выполняют одну функцию, им требуется разное время на ее выполнение.

Чтобы быстро и безошибочно выбрать выключатель для дома необходимо:

1. Покупать автомат с комбинированным расцепителем.
2. Убедиться, что номинальный ток расцепителя был равен напряжению в сети.
3. Сопротивление автомата должно быть равно сопротивлению, на которое рассчитана сеть.