Тепловой расцепитель автоматического выключателя

Независимый расцепитель является дополнением защитного устройства для электросети. Он механически связан с автоматическим выключателем. Независимый расцепитель выполняет функцию разрыва цепи при обнаружении факторов, способных привести к повреждению линии и включенных в нее приборов. К таковым относятся возрастание силы тока выше предела, который может выдержать кабель, пробой электрического тока на землю или корпус включенного в цепь прибора, а также короткое замыкание. Этот материал поможет вам разобраться, что такое расцепители автоматических выключателей, какие бывают типы этого устройства и каков принцип действия каждого из них. Кроме того, мы расскажем, как проверять работоспособность этих элементов.

Автоматический защитный выключатель с независимым расцепителем

Независимый расцепитель, как было сказано, представляет собой добавочный элемент устройства защиты цепи. Он позволяет отключить АВ на расстоянии при поступлении напряжения на его катушку. Чтобы вернуть его в исходное состояние, следует нажать на устройстве кнопку с надписью «Возврат».

Расцепители автоматических выключателей этого типа могут использоваться в однофазных и трехфазных сетях.

Независимый расцепитель наиболее часто используется в электроцепях и автоматических щитах крупных объектов. Управление энергоснабжением в этих случаях, как правило, производится с пульта оператора.

Пример срабатывания независимого расцепителя на видео:

Из-за чего срабатывает расцепляющий элемент независимого типа?

Независимый расцепитель может срабатывать по различным причинам. Мы перечислим наиболее распространенные из них:

• Чрезмерное снижение или, напротив, возрастание напряжения.
• Изменение заданных параметров или состояния электротока.
• Нарушение функции автоматических выключателей, сбой в работе по неизвестной причине.

Кроме независимых расцепляющих устройств, существуют аналогичные элементы, входящие в состав защитных автоматов. Встроенные расцепители автоматических выключателей подразделяются на тепловые и электромагнитные. Эти устройства также помогают защитить линию от чрезмерных нагрузок и короткого замыкания. Рассмотрим их более подробно.

Тепловой расцепитель автоматического защитного выключателя

Основным элементом этого устройства является биметаллическая пластина. При ее изготовлении используется два металла с различными коэффициентами теплового расширения.

Будучи спрессованными вместе, они при нагревании расширяются в разной степени, что приводит к искривлению пластины. Если ток не нормализуется в течение длительного времени, то по достижении определенной температуры пластина касается контактов АВ, прерывая цепь и обесточивая проводку.

Основной причиной чрезмерного нагрева биметаллической пластины, из-за которого срабатывает тепловой расцепитель, является слишком высокая нагрузка на определенном участке линии, защищенном автоматом.

Например, сечение выходного кабеля АВ, идущего в помещение, составляет 1 кв. мм. Можно подсчитать, что он способен выдерживать подключение приборов суммарной мощностью до 3,5 кВт, при этом сила проходящего в линии тока не должна превышать 16А. Таким образом, в эту группу можно спокойно подключить телевизор и несколько осветительных приборов.

Если хозяин дома решит включить в розетки этой комнаты дополнительно стиральную машину, электрокамин и пылесос, то общая мощность станет намного выше той, что способен выдержать кабель. В результате возрастет сила тока, проходящего по линии, и проводник станет нагреваться.

Перегрев кабеля может привести к тому, что изоляционный слой расплавится и загорится.

Чтобы этого не произошло, в действие вступает тепловой расцепитель. Его биметаллическая пластина нагревается вместе с металлом провода, и через некоторое время, изогнувшись, отключает питание группы.

Когда она остынет, защитное устройство можно снова включить вручную, предварительно вытащив из розетки шнуры питания приборов, которые привели к перегрузке.

Если этого не сделать, через некоторое время автомат вырубит снова.

Пример использования расцепителя в противопожарной защите на видео:

Важно, чтобы номинал АВ соответствовал сечению кабеля. Если он будет меньше нужного, то срабатывание будет происходить даже при нормальной нагрузке, а если больше, то тепловой расцепитель не отреагирует на опасное превышение тока, и в итоге проводка сгорит.

В целях защиты электромоторов от длительных перегрузок и обрыва фаз на эти агрегаты могут также устанавливаться тепловые реле расцепления. Они представляют собой несколько биметаллических пластин, каждая из которых отвечает за отдельную фазу силового агрегата.

Автоматический выключатель защиты сети с электромагнитным расцепителем

Разобравшись, как работает автомат с тепловым расцепителем, перейдем к следующему вопросу.

Защитное устройство, разбор действия которого мы провели только что, срабатывает не сразу (на это требуется не менее секунды), поэтому оно не в состоянии эффективно защитить цепь от сверхтоков короткого замыкания. Для решения этой задачи в АВ дополнительно устанавливается электромагнитный расцепитель.

Расцепители автоматических выключателей электромагнитного типа включают в себя катушку индуктивности (соленоид), а также сердечник.

Когда цепь работает в обычном режиме, поток электронов, проходя сквозь соленоид, формирует слабое магнитное поле, неспособное оказывать влияние на функцию сети.

При возникновении короткого замыкания происходит мгновенное увеличение силы тока в десятки раз, и пропорционально ей возрастает мощность магнитного поля. Под его влиянием ферромагнитный сердечник мгновенно сдвигается в сторону, оказывая воздействие на механизм отключения.

Поскольку процесс усиления магнитного поля при коротком замыкании происходит за доли секунды, электромагнитный расцепитель под его воздействием срабатывает моментально, отключая питание сети. Это позволяет избежать серьезных последствий, связанных со сверхтоками КЗ.

Проверка работоспособности расцепителей

Довольно часто электрики-любители интересуются, можно ли самостоятельно проверить исправность расцепителей автоматических выключателей. Следует сказать, что своими силами проводить такое тестирование нельзя, и если им занимается начинающий монтажник, то работу должен контролировать опытный специалист. Приводим пошаговую инструкцию по выполнению этой процедуры:

• В первую очередь поверхность коробки следует осмотреть визуально, чтобы удостовериться в целостности корпусной части.
• Затем нужно несколько раз пощелкать рычажком выключателя. Он должен легко устанавливаться ка во включенное, так и в выключенное положение.
• После этого производится прогрузка устройства. Так называется проверка качества работы оборудования в неблагоприятных условиях. Этот этап предусматривает наличие специализированной аппаратуры, и при его выполнении должен обязательно присутствовать квалифицированный электрик. Во время тестирования фиксируется время, которое проходит с момента начала возрастания силы тока до отключения расцепителя.

• Наконец, аналогичное испытание производится на устройстве, с которого снят корпус.
• В ходе проверки на срабатывание теплового расцепителя фиксируется время, требующееся для отключения устройства под воздействием электротока повышенной силы.

Проверка исправности защитных устройств в соответствии с требованиями ПУЭ выполняется только в спецодежде. Как было сказано выше, эту процедуру должен контролировать опытный специалист.

На видео процесс установки независимого расцепителя в автоматический выключатель:

Заключение

В этой статье мы разобрались с темой расцепляющих устройств, рассказали о том, что собой представляют и как работают независимые, а также встроенные в автоматический выключатель расцепители. Теперь вы знаете, по какому принципу работают различные типы этого оборудования, и какую функцию выполняет каждый из них.

Какой выбрать расцепитель автоматического выключателя и какие виды бывают? На что обращать внимание при выборе

Правильный подбор расцепителя автоматического выключателя защитит электрооборудование, СБТ и разводку распределительной сети от перегруза и сверхтока короткого замыкания.
В автоматические выключатели (АВ) устанавливается один или несколько расцепителей с разной селективностью.

Эти компоненты защищают электрическую цепь от тока перегрузки и возникающем при коротком замыкании сверхтоке. Существуют устройства релейной защиты мгновенного расцепления и с задержкой срабатывания.

Определение расцепителя

Расцепитель автоматического выключателя – наиболее значимый компонент АВ. Он отключает электрическую сеть от цепи нагрузки посредством размыкания контактов вводного автомата.

Элемент выключателя приводит в действие механизм свободного отключения в случае изменения определенного электрического параметра.

Одни АВ срабатывают при превышении заданного значения тока, другие реагируют на пороговый уровень напряжения.

Виды расцепителей автоматических выключателей

Устройство защиты нагрузочной цепи представляетреле прямого действия, способное распознавать наступление аварийной ситуации и предотвращать развитие негативных процессов. Существует несколько видов расцепляющих устройств:

• расцепители с защитой от сверхтоков и фиксированными заводскими настройками (тепловые компоненты с задержкой времени и электромагнитные мгновенного действия);
• устройства селективного распознавания перегрузки от короткого замыкания с настройками номинального тока и времени выдержки (полупроводниковые, электронные);
• компоненты с расширенной функциональностью (независимые, минимального и нулевого напряжения).

Тепловой

Тепловой расцепитель – биметаллическая пластина из 2 спаянных (сваренных или приклепанных) вместе полосок.

Материалы для полосок подбираются таким образом, чтобы коэффициент температурного расширения одной отличался от аналогичного параметра другой.

При прохождении электричества биметаллическая спайка нагревается сильнее, чем больше сила тока в ней. Если металл нижней полоски при нагревании удлиняется меньше, чем металл верхней, биметаллическая пластина изогнется вниз.

При определенном значении силы тока изгиба пластины достаточно для размыкания контактов автомата. Тепловой расцепитель реагирует на перегрузку ≥30% номинального значения тока, поэтому применяется для защиты от перегрузок. Время срабатывания находится в обратной зависимости от величины проходящего тока.

В разных коммуникационных аппаратах оно составляет от секунд до 1–2 часов.

Электромагнитный

Электромагнитный компонент представляют катушку (соленоид) с сердечником, передвигающимся под воздействием электромагнитного поля тока, проходящего в обмотке.

Сердечник, преодолевая сопротивление пружины, вызывает срабатывание отключающего цепь элемента.

Электромагнитные реле прямого действия распознают короткое замыкание (превышение значения тока в несколько раз от номинального значения) и, в зависимости от чувствительности срабатывания, автоматам присваивается класс А, В, С и D.

Расцепители этого вида срабатывают за доли секунды и относятся к элементам мгновенного действия, используются для защиты от токов КЗ.

Термомагнитный или комбинированный

Зачастую соединяются тепловой и электромагнитный расцепитель последовательно. Тандем обеспечивает токовую селективность: один элемент отслеживает токи в зоне перегрузки, а другой защищает электрические цепи от сверхтоков КЗ. Такую связку некоторые производители именуют комбинированным расцепителем.

В зарубежных каталогах последовательное соединение 2-х устройств называют термомагнитным расцепителем.

Полупроводниковый

Полупроводниковое устройствопостроено на измерительном элементе ИЭ и исполнительном элементе – электромагните с блоком управления. Измерительный элемент собран на трансформаторе тока.

Электромагнит воздействует на механизм свободного расцепления автомата, вызывая размыкание ↔замыкание цепи.Расцепитель срабатывает при протекании в цепи тока, превышающего уставку в перегруза или короткого замыкания. Эта настройка используется как дополнительная защита к основной защите от сверхтока короткого замыкания.

Выставляются требуемые значения  тока и временной задержки переключателями. Они  расположены на лицевой стороне блока управления.

Электронный

Электронный аналог блок-схемой не отличается от полупроводникового расцепителя. Измерительное устройство меряет ток АВ с помощью схемы на трансформаторе.Электронный модуль блока управления сравнивает полученное и заданное значение,  подает управляющее напряжение на электромагнит.

Расширенный набор опций позволяет производить логическую селективность с помощью встроенного в некоторые устройства контроллера.  Электронный расцепитель отличает наличие индикатора силы тока, большой выбор настроек и максимальная точность следования поставленной задаче.

Независимый

Расцепитель независимого типа удаленно управляет коммутацией электрических цепей переменного (AC) и постоянного (DC) тока, представляет обычный расцепитель с опцией дистанционной защиты.

Поступающее по управляющей цепи, например с пульта оператора, напряжение подается на соленоид. В обмотке создается магнитное поле, сердечник втягивается и приводит в действие механизм свободного расцепления за время ≤0,04 с.

Чтобы вернуть автоматический выключатель в исходное состояние, следует вручную нажать кнопку с надписью «Возврат».

Расцепитель минимального и нулевого напряжения

Некоторые АВ оснащаются дополнительно минимальными и нулевыми устройствами расцепления, которые встраиваются непосредственно в автомат или крепятся снаружи корпуса.

Явления, вызываемые сверхтоками

Протекание экстремальной силы тока вызывает следующие неблагоприятные явления:

1. Тепловой перегрев повреждает изоляцию проводников и рабочие компоненты, становится причиной возгораний. Развитие этого явления блокируется установкой аппарата защитыпо току с быстродействием ≤ 0,005 с.
2. Электродинамическая сила деформирует и разрушает токопроводящие компоненты, вызывая поломку коммутационного аппарата. Способом борьбы является подбор комплектующих с повышенной электродинамической стойкостью и правильная компоновка деталей, исключающая взаимное ЭМ-влияние.
3. Магнитное поле отрицательно влияет на работу измерительных приборов, компьютеров и прочей прецизионной техники. Воздействие поля минимизируется применением экранов из магнито-мягких сплавов (пермаллой, феррит).

Проверка работоспособности расцепителей

Проверка работоспособности включает следующие действия:

1. Визуальный осмотр выключателя. На корпусе девайса не должно быть механических повреждений: сколов и трещин. Обращать внимание на плотность прилегания частей, качество креплений и зажимов. Сделать несколько пробных манипуляций по «включению ↔выключению» вручную. Во включенном положении аппарат должен со щелчком фиксироваться и затем свободно выключаться.
2. Прогрузка аппарата. Испытание заключается в определении времени срабатывания расцепителя при подаче электропитания с регулируемой силой тока на специальном стенде. Полученный результат сравнивается с типовой времятоковой характеристикой модели АВ.

Современный рынок электротехнического оборудования предлагает потребителю широкий спектр расцепителей. Этими устройствамикомплектуются аппараты 1-3 фазного переменного AС и постоянного тока DС и напряжением до 1000 В.

Автоматические выключатели

 Автоматический выключатель (автомат) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической сети от сверхтоков, т.е. от коротких замыканий и перегрузок.

• Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.
• Автоматические выключатели бывают с электромагнитным расцепителем защищающим электрическую цепь от короткого замыкания и комбинированным расцепителем — когда дополнительно с электромагнитным расцепителем применяется тепловой расцепитель защищающий цепь от перегрузки.
• Примечание: В соответствии с требованиями ПУЭ бытовые электросети должны быть защищены как от коротких замыканий, так и от перегрузки, поэтому для защиты домашней электропроводки следует применять автоматы именно с комбинированным расцепителем.
• Автоматические выключатели делятся на однополюсные (применяются в однофазных сетях), двухполюсные (применяются в однофазных и двухфазных сетях) и трехполюсные (применяются в трехфазных сетях), так же бывают четырехполюсные автоматические выключатели (могут применяться в трехфазных сетях с системой заземления TN-S).

На рисунке ниже представлено устройство автоматического выключателя с комбинированным расцепителем, т.е. имеющий и электромагнитный и тепловой расцепитель.

1. 1,2 — соответственно нижняя и верхняя винтовые клеммы для подключения провода
2. 3 — подвижный контакт; 4 — дугогасительная камера; 5 — гибкий проводник (применяется для соединения подвижных частей автоматического выключателя); 6 — катушка электромагнитного расцепителя; 7 — сердечник электромагнитного расцепителя; 8 — тепловой расцепитель (биметалли́ческая пласти́на); 9 — механизм расцепителя; 10 — рукоятка управления; 11 — фиксатор (для крепления автомата на DIN-рейке).
3. Синими стрелками на рисунке показано направление протекания тока через автоматический выключатель.
4. Основными элементами автоматического выключателя являются электромагнитный и тепловой расцепители:

Электромагнитный расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов короткого замыкания.

Он представляет из себя катушку (6) с находящимся в ее центре сердечником (7) который установлен на специальной пружине, ток в нормальном режиме работы проходя по катушке согласно закону электромагнитной индукции создает электромагнитное поле которое притягивает сердечник внутрь катушки, однако силы этого электромагнитного поля не хватает что бы преодолеть сопротивление пружины на которой установлен сердечник.

При коротком замыкании ток в электрической цепи мгновенно возрастает до величины в несколько раз превышающей номинальный ток автоматического выключателя, этот ток короткого замыкания проходя по катушке электромагнитного расцепителя увеличивает электромагнитное поле воздействующее на сердечник до такой величины, что его силы втягивания хватает на то что бы преодолеть сопротивление пружины, перемещаясь внутрь катушки сердечник размыкает подвижный контакт автоматического выключателя обесточивая цепь:

При коротком замыкании (т.е. при мгновенном возрастании тока в несколько раз) электромагнитный расцепитель отключает электрическую цепь за доли секунды.

Тепловой расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов перегрузки. Перегрузка может возникнуть при включении в сеть электрооборудования общей мощностью превышающей допустимую нагрузку данной сети, что в свою очередь может привести к перегреву проводов разрушению изоляции  электропроводки и выходу ее из строя.

Тепловой расцепитель представляет из себя биметаллическую пластину (8). Биметаллическая пластина — эта пластина спаянная из двух пластин различных металлов (металл «А» и металл «В» на рисунке ниже) имеющих разный коэффициент расширения при нагреве.

При прохождении по биметаллической пластине тока превышающего номинальный ток автоматического выключателя пластина начинает нагреваться, при этом металл «B» имеет больший коэффициент расширения при нагреве, т.е. при нагреве он расширяется быстрее чем металл «A», что приводит к искривлению биметаллической пластины, искривляясь она воздействует на механизм расцепителя (9), который размыкает подвижный контакт (3).

• Время срабатывания теплового расцепителя зависит от величины превышения тока электросети номинального тока автомата, чем больше это превышение тем быстрее сработает расцепитель.
• Как правило тепловой расцепитель срабатывает при токах в 1,13-1,45 раз превышающих номинальный ток автоматического выключателя, при этом при токе превышающем номинальный в 1,45 раза тепловой расцепитель отключит автомат через 45мин — 1 час.
• Время срабатывания автоматических выключателей определяется по их время-токовым характеристикам (ВТХ)

При любом отключении автоматического выключателя под нагрузкой на подвижном контакте (3) образуется электрическая дуга которая оказывает разрушающее воздействие на сам контакт, причем чем выше отключаемый ток, тем мощнее электрическая дуга и тем большее ее разрушающее воздействие. Для сведения к минимуму ущерба от электрической дуги в автоматическом выключателе она направляется в дугогасительную камеру (4), которая состоит из отдельных, параллельно установленных пластин, попадая между этих пластин электрическая дуга дробится и затухает.

3. Маркировка и характеристики автоматических выключателей

1. ВА47-29 — тип и серия автоматического выключателя
2. Номинальный ток — максимальный ток электрической сети при котором автоматический выключатель способен длительно работать без аварийного отключения цепи.
3. Стандартные значения номинальных токов автоматических выключателей: 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 35; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300, Ампер.
4. Номинальное напряжение — максимальное напряжение сети на которое рассчитан автоматический выключатель.

ПКС — предельная отключающая способность автоматического выключателя. Данная цифра показывает максимальный ток короткого замыкания который способен отключить данный автоматический выключатель сохранив при этом свою работоспособность.

В нашем случае ПКС указан 4500 А (Ампер), это значит что при токе короткого замыкания (к.з.) меньшем, либо равном 4500 А автоматический выключатель способен разомкнуть электрическую и остаться в исправном состоянии, в случае если ток к.з. превысит данную цифру возникает возможность оплавления подвижных контактов автомата и их привариванию друг к другу.

Характеристика срабатывания — определяет диапазон срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя.

Например в нашем случае представлен автомат с характеристикой «C» его диапазон срабатывания от 5·Iн до 10·Iн включительно. (Iн— номинальный ток автомата), т.е. от 5*32=160А до 10*32+320, это значит что наш автомат обеспечит мгновенное отключение цепи уже при токах 160 — 320 А.

Характеристика срабатывания является одним из параметров время-токовых характеристик автоматических выключателей подробнее о которых читайте в статье: «Время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей»

Примечание:

• Стандартными характеристиками срабатывания (предусмотренными ГОСТ Р 50345-2010) являются характеристики «B», «C» и «D»;
• Область применения указана в таблице согласно установившейся практике, однако она может быть иной в зависимости от индивидуальных параметров конкретных электрических сетей.

4.  Выбор автоматического выключателя

• Примечание: Полную методику расчета и выбора автоматических выключателей читайте в статье: «Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты»
• Выбор автомата осуществляется по следующим критериям:
• — По количеству полюсов: одно- и двухполюсные применяются для однофазной сети, трех- и четырехполюсные — в трехфазной сети.
• — По номинальному напряжению: Номинальное напряжение автоматического выключателя должно быть больше либо равно номинальному напряжению защищаемой им цепи:

Uном. АВ⩾ Uном. сети

1. — По номинальному току: Определить необходимый номинальный ток автоматического выключателя можно одним из четырех следующих способов:
3. — Выбираем характеристику срабатывания: зачастую характеристику срабатывания автоматического выключателя выбирают исходя из назначения защищаемой им сети (согласно таблице характеристик срабатывания выше) однако автомат выбранный таким образом может не обеспечить своевременное отключение цепи при коротком замыкании, характеристику срабатывания необходимо определять по методике приведенной здесь.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в х!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Описание параметра "Тип встроенного расцепителя"

Тепловой расцепитель — обеспечивает защиту только от перегрузок по току.

Электромагнитный расцепитель — обеспечивает защиту только от коротких замыканий.

Термо-магнитный (магнитотермический, комбинированный) расцепитель — состоит из двух типов расцепителей — теплового и электромагнитного.  Обеспечивает защиту как от перегрузки по току так и от коротких замыканий.

Термо-магнитный (магнитотермический, комбинированный) расцепитель, с защитой от токов утечек — кроме защиты от перегрузок и коротких замыканий обеспечивает защиту людей и электроустановок от замыкания на землю.

Электронный расцепитель (электронный блок защиты — Overcurrent Release)  — (в зависимости от исполнения) обеспечивает максимальное количество типов защит.

Устройство расцепителей

Тепловой расцепитель

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, которая при нагревании изгибается и воздействует на механизм свободного расцепления.

Биметаллическую пластину изготавливают методом механического соединения двух металлических лент.

Выбираются два материала с разными коэффициентами температурного расширения и соединяются между собой с помощью спаивания, заклёпывания или свариваются.

Преимущества:

• нет подвижных частей;
• стойкость к механическим нагрузкам (вибрации, удары);
• нетребовательность к загрязнениям;
• простота конструкции;
• низкая цена.

Недостатки:

• высокое собственное потребление энергии;
• чувствительны к изменениям температуры окружающей среды;
• при нагреве от сторонних источников могут вызывать ложные срабатывания.

Электромагнитный расцепитель

Электромагнитный расцепитель является устройством мгновенного действия. Представляет собой соленоид, сердечник которого воздействует на механизм свободного расцепления. При протекании по обмотке соленоида сверхтока, создаётся магнитное поле, которое перемещает сердечник, с преодолением сопротивления возвратной пружины.

 ЭМ расцепитель может настраиваться (на заводе производителе или потребителем) на срабатывание при токах КЗ значениями от 2 до 20 In. Погрешность настройки варьируется около ±20% от заданного значения силы тока для выключателей в литом корпусе.

Для силовых автоматических выключателей уставку срабатывания при коротком замыкании (значение тока, при котором инициируется расцепление) могут указывать как значением в амперах, так и в кратности номинальному току.

• Встречаются уставки: 3,5In; 7In, 10In; 12In и другие.
•  Достоинства:

• простота конструкции;
• стойкость к механическим нагрузкам (вибрации, удары).

 Недостатки:

Термомагнитный расцепитель

Часто применяется последовательное соединение теплового и электромагнитного расцепителя. В зависимости от производителя, такое связывание двух устройств называют комбинированным или термомагнитным расцепителем.

Термомагнитный или комбинированный расцепитель

Термомагнитный расцепитель с защитой от токов утечек

Автомат с данными расцепителями кроме теплового и электромагнитного расцепителей имеет блок способный обнаружить ток повреждения на землю с помощью тороидального трансформатора, который охватывает все токоведущие части, а также нейтраль, если она распределена. Расцепители токов утечки на землю могут использоваться в сочетании с автоматическим выключателем для обеспечения двух основных функций в одном устройстве:

• защита от перегрузок и коротких замыканий;
• защита от косвенных прикосновений (появление напряжения) на токопроводящих частях вследствие повреждения изоляции).

Электронный расцепитель

Расцепитель, соединенный с измерительными трансформаторами тока (три или четыре, в зависимости от количества защищаемых проводников), которые установлены внутри автоматического выключателя и обеспечивают двойную функцию: подачи питания для нормального управления расцепителем и обнаружения значения тока, который проходит в токоведущих частях. Поэтому они совместимы только с сетями переменного тока.

Сигнал от трансформаторов обрабатывается электронной частью (микропроцессор), который сравнивает его с заданными уставками. Когда сигнал превышает порог, расцепитель автоматического выключателя воздействует непосредственно на узел свободного расцепления выключателя при помощи отключающей катушки.

1. Блок управления расцепителем позволяет выстраивать определённую пользователем программу, по которой автоматический выключатель будет производить расцепление главных контактов. 
2. Достоинства:

• разнообразный выбор настроек нужных пользователю;
• высокая точность исполнения заданной программы;
• индикаторы работоспособности и причины срабатывания;
• логическая селективность с вышестоящими и нижестоящими выключателями.

Минусы:

• высокая цена;
• хрупкий блок управления;
• подверженность к воздействию электромагнитных полей.

Автоматический выключатель

Автоматические выключатели служат для проведения, включения и автоматического размыкания электрических цепей при аномальных явлениях (например при токах перегрузки, КЗ, недопустимых снижения напряжения), а также для нечастого включения цепей вручную.

Защиту от токов коротких замыканий выполняет электромагнитный расцепитель. Срабатывание электромагнитного расцепителя обеспечивает электромагнит, якорь которого при срабатывании давит на расцепитель, обеспечивая отключение автомата. Электромагнитный расцепитель имеет свой ток отключения при КЗ (уставка КЗ). Этот ток выражается в амперах, или чаще, — в кратности к номинальному току.

Время срабатывания электромагнитного расцепителя при токе КЗ мгновенное (собственное время срабатывание расцепителя сотые доли секунд).

Электродинамический расцепитель используется для защиты от коротких замыканий в автоматах с большими номинальными токами. Срабатывание обеспечивается электродинамическими силами, размыкающие силовые контакты.

Защиту от токов перегрузок выполняет тепловой расцепитель. Основа теплового расцепителя -биметаллическая (в последнее время триметаллическая) пластина, которая при нагреве изменяет свою форму, и этим обеспечивает срабатывание расцепителя. Тепловой расцепитель не имеет постоянного времени отключения автомата, его время срабатывания зависит от величины тока перегрузки.

Полупроводниковый расцепитель осуществляет защиту от токов коротких замыканий и перегрузок в цепи. В отличие от электромагнитного и теплового расцепителей полупроводниковый расцепитель допускает ступенчатый выбор параметров:

• номинального тока расцепителя;
• уставки по току срабатывания в зоне токов короткого замыкания;
• уставки по времени срабатывания в зоне токов перегрузки;
• уставки по времени срабатывания в зоне токов короткого замыкания;
• уставки по току срабатываний при однофазном коротком замыкании.

Для расцепителя в зоне токов перегрузки сигнал на срабатывание выдается с обратно зависимой от тока выдержкой времени (чем больше ток, тем меньше выдержка времени на отключение). Для расцепителя в зоне токов короткого замыкания, при значениях тока меньше предельного тока селективности, сигнал на срабатывание выдается с выдержкой времени.

При значениях тока больше предельных токов селективности сигнал на отключение подаётся мгновенно. Также сигнал на отключение подается мгновенно, при не установленной выдержке времени.

 Автоматы на основе таких расцепителей получают сигнал от измерительного устройства и формируют соответствующую защитную характеристику, выдающую сигнал через промежуточное реле на независимый расцепитель.

Отключающая способность

Её синонимы: номинальная наибольшая отключающая способность Icn, номинальная рабочая наибольшая отключающая способность Ics, номинальная предельная наибольшая отключающая способность Icu. Является основным параметром для выбора и замены автоматического выключателя.

Для бытового применения (ГОСТ Р 50345-99 (МЭК 60898)) автомат должен обладать номинальной наибольшей отключающей способностью Icn перекрывающую максимальный ток КЗ в данной цепи.

Для промышленного применения, имеющего доступ обученного персонала (ГОСТ Р 50030.2-99 (МЭК 60947.2), ГОСТ 9098-78, автомат должен обладать номинальной предельной наибольшей отключающей способностью Icu. перекрывающую максимальный ток КЗ в данной цепи. Автоматический выключатель работавший при токе равном Icu в соответствии с установленным циклом не обязан длительно проводить ток.

Категория применения

По ГОСТ Р 50030.2-99 (МЭК60947.2) выключатели с категорией А не предназначены, а с категорией В предназначены для обеспечения селективности при КЗ. Выключатели категории В имеют номинальный кратковременно выдерживаемый ток Icw, и время прохождения этого тока (обычно 0.25, 0.5 или 1с).

Если категория не оговаривается, имеется в виду категория А.

Токоограничение

Выключатель с токоограничением не позволяет току КЗ принять его максимальное значение и быстрее производит отключение. Класс токоограничения -2 ограничивает по времени КЗ в пределах ½ полу периода, класс -3 ограничивает КЗ в пределах 1/3 полу периода. Если автомат с токоограничением, но не указан класс, предоставляется интегральная характеристика I²t.

Выключатели изготавливаются со следующими дополнительными сборочными единицами (только те марки, для которых это предусмотрено):

• свободными контактами (СК), (определяют положение автомата (вкл / выкл.);
• вспомогательными контактами сигнализации автоматического отключения (ВСК), (сигнализируют срабатывание защиты автомата);
• электромагнитным приводом (ЭП);
• независимым расцепителем (НР), (обеспечивает отключение выключателя при подаче на катушку независимого расцепителя напряжения);
• нулевым расцепителем (РНН), (обеспечивает отключение выключателя без выдержки времени при напряжении на выводах его катушки ниже 0.1-0.35 номинального (в зависимости от марки автомата) и препятствует включению выключателя при напряжениях на выводах катушки 0.1 номинального и ниже);
• минимальным расцепителем (РМН), (обеспечивает отключение выключателя без выдержки времени при напряжении на выводах его катушки ниже 0.35-0.7 номинального (в зависимости от марки автомата) и препятствует включению выключателя при напряжениях на выводах катушки 0.35 номинального и ниже).
• дополнительным кожухом (для увеличения степени защиты автомата от окружающей среды);
• блокировкой положения «включено» и «отключено» замком.

По способу присоединения автоматы делятся на стационарные и выдвижные. Стационарные автоматы по способу монтажа могут быть как переднего присоединения, так и заднего. Переднее присоединение бывает как с креплением на din-рейке, так и с креплением винтами или болтами.

Буквенные характеристики расцепителей модульных выключателей

В — применяется для осветительных сетей. С — применяется для осветительных сетей с удаленным потребителем.

D — обеспечивают защиту установок с высокими значениями пусковых токов (двигатели, иногда лампы с пуско-ругулируещем устройством, трансформаторы).

Испытание расцепителей автоматических выключателей

Собирается схема проверок срабатывания расцепителей автоматических выключателей (АВ) согласно руководству по эксплуатации испытательного оборудования (нагрузочного устройства). Устанавливается испытательный ток соответствующий уставке тока данного типа расцепителей АВ.

Установившееся превышение температуры для контактов автомата при нагрузке всех полюсов номинальным током расцепителя и температуре окружающей среды 25 градусов С не должно превышать 80 градусов С. Электромагнитный расцепитель срабатывает без выдержки времени.

Комбинированный расцепитель должен срабатывать с обратнозависимой от тока выдержкой времени при перегрузке и без выдержки времени при коротких замыканиях. Ток уставки расцепителей не регулируют. В каждом полюсе автомата смонтирован свой тепловой элемент, воздействующий на общий расцепитель автомата.

Чтобы убедиться в правильности действия всех тепловых элементов, необходимо проверить каждый из них в отдельности. При одновременной проверке большого количества, автоматов испытание тепловых элементов по начальному току срабатывания нецелесообразно, т.к. на проверку каждого автомата затрачивается несколько часов.

В связи с этим тепловые элементы рекомендуется проверять испытательным током, равным двух- и трехкратному номинальному току расцепителя при одновременной нагрузке испытательным током всех полюсов автоматов.

Если тепловой элемент не срабатывает, то автомат к эксплуатации не пригоден и дальнейшим испытаниям не подлежит. У всех тепловых элементов, должны быть проверены тепловые характеристики при одновременной нагрузке испытательным током всех полюсов автомата. Для этого все полюса автомата соединяют последовательно.

При проверке электромагнитных расцепителей, не имеющих тепловых элементов, автомат включают вручную, присоединяя к одному из полюсов нагрузочное устройство. Устанавливается такая величина испытательного тока, при которой автомат отключится.

После отключения автомата ток снижают до нуля и в указанном порядке проверяют электромагнитные элементы в остальных полюсах автомата.

Время срабатывания автомата определяется по шкале секундомера.

Время — токовые характеристики срабатывания расцепителей автоматических выключателей должны соответствовать калибровкам и паспортным данным завода изготовителя.

Проверка срабатывания электромагнитных и тепловых расцепителей АВ в объеме 30%, из них 15% наиболее удаленных от ВРУ квартир. При несрабатывании 10% проверяемых АВ, производится проверка срабатывания всех 100% АВ.

Особенности работы автоматических выключателей с микропроцессорными расцепителями

Ни для кого не секрет, что автоматические выключатели это не просто рубильники, которые  пропускают рабочий ток и обеспечивают два состояния электрической цепи: замкнутое и разомкнутое.

Автоматический выключатель — это электрический аппарат, который в режиме реального времени «отслеживает» уровень протекающего тока в защищаемой цепи и отключает ее при превышении током определенного значения.

Самым распространенным сочетанием в автоматических выключателях является комбинация теплового и электромагнитного расцепителя. Именно эти два вида расцепителей обеспечивают основную защиту цепей от сверхтоков.

Тепловой расцепитель предназначен для отключения токов перегрузки электрической цепи. Тепловой расцепитель конструктивно состоит из двух слоев металлов, обладающих различными коэффициентами линейного расширения.

Это и позволяет пластине изгибаться при нагреве и воздействовать на механизм свободного расцепления, в конечном итоге, отключая аппарат.

Такой расцепитель еще называют термобиметаллическим расцепителем по названию основного элемента — биметаллической пластины.

Однако этот вид расцепителя обладает существенным недостатком — его свойства зависят от температуры окружающей среды.

То есть, при слишком низкой температуре даже если цепь будет перегружена — тепловой расцепитель автоматического выключателя может не отключить линию.

Возможна и обратная ситуация: в очень жаркую погоду автоматический выключатель может ложно отключать защищаемую линию, за счет нагрева биметаллической пластины окружающей средой. К тому же тепловой расцепитель потребляет электрическую энергию.

Электромагнитный расцепитель состоит из катушки и подвижного стального сердечника, удерживаемого пружиной.

При превышении заданного значения тока, по закону электромагнитной индукции в катушке наводится электромагнитное поле, под действием которого сердечник втягивается внутрь катушки, преодолевая сопротивление пружины, и вызывает срабатывание механизма расцепления.

В нормальном режиме работы в катушке также наводится электромагнитное поле, однако его силы не хватает, чтобы преодолеть сопротивление пружины и втянуть сердечник.

• Устройство механизма электромагнитного расцепителя показано на примере АП50Б
• Этот вид расцепителя не обладает таким большим потреблением электрической энергии, как тепловой расцепитель.
• В настоящее время широкое распространение получили электронные расцепители на базе микроконтроллеров. С их помощью можно осуществлять точную настройку следующих параметров защиты:

• уровень рабочего тока защиты
• время защиты от перегрузки
• время срабатывания в зоне перегрузки с функцией «тепловой памяти» и без нее
• ток селективной  отсечки
• время селективной токовой отсечки

Реализованная функция проведения самотестирования работоспособности механизма свободного расцепления с помощью кнопки ТЕСТ позволяет проводить проверку аппарата потребителем.

Регулировка параметров настройки электрической цепи на лицевой панели устройства позволяет персоналу без лишнего труда понять, как настроена защита отходящей линии.

С помощью поворотных переключателей на лицевой панели устанавливается уровень рабочего тока цепи. Регулировка уставки рабочего тока расцепителя IR устанавливается в кратности: 0,4; 0,45; 0,5; 0,56; 0,63; 0,7; 0,8; 0,9; 0,95; 1,0 к номинальному току  выключателя.

Существует два режима работы полупроводникового расцепителя при перегрузке электрической цепи:

• с «тепловой памятью»;
• без «тепловой памяти»

«Тепловая память» является эмуляцией работы теплового расцепителя (биметаллической пластины): микропроцессорный расцепитель программным способом задает время, которое потребовалось бы для остывания биметаллической пластины. Данная функция позволяет оборудованию и защищаемой цепи больше времени остывать и, соответственно, их срок службы не снижается.

Одним из преимуществ является установка уровня тока и времени срабатывания автоматического выключателя при коротком замыкании, что осуществляет необходимую селективность защиты.

Это необходимо для того, чтобы вводной автоматический выключатель отключился позже, чем ближайшие к аварии аппараты.

Важно отметить, что, в отличие от теплового расцепителя, уставки по времени в микропроцессорном расцепителе не меняются при изменении температуры окружающей среды.

Регулировка уставки тока селективной токовой отсечки выбирается кратно рабочему току IR: 1,5; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10.

Регулировка уставки времени селективной токовой отсечки выбирается в секундах: 0 (без выдержки времени); 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4.

Электромагнитная совместимость микропроцессорных расцепителей автоматических выключателей OptiMat D позволяет применять эти аппараты в общепромышленных электроустановках. В свою очередь, электромагнитные поля, создаваемые элементами микропроцессорного расцепителя не оказывают негативного влияния на окружающую технику.

Рассмотрим выбор уставок на примере микропроцессорного расцепителя MR1-D250 автоматического выключателя OptiMat D.

Имеется асинхронный двигатель АИР250S2 с параметрами Р=75 кВт; cosφ=0,9; Iп/Iном=7,5; для которого нужно выбрать уставки защищающего аппарата (автоматический выключатель защищает непосредственно линию с данным электродвигателем). Примем следующие условия: пуск электродвигателя легкий и время пуска равное 2 с.

Выбираем для нашего двигателя уставку в 4 секунды с функцией тепловой памяти:

В нашем случае номинальный ток электродвигателя составляет 126,6 А. Соответственно, выставляем переключатель регулировки номинального тока выключателя на значение 0,56, чтобы ближайшее значение получилось 140 А.

Чтобы автоматический выключатель не срабатывал ложно от пусковых токов, кратность которых для выбранного двигателя составляет 7,5 примем уставку селективной токовой отсечки равную 8.

Т. к. данный выключатель будет устанавливаться непосредственно для защиты электродвигателя для обеспечения селективности в действии выключателей принимаем мгновенную селективную токовую отсечку (без выдержки по времени).

Следует также отметить, что при превышении током короткого замыкания значения в 3000 А выключатель будет срабатывать мгновенно, то есть без выдержки по времени.

Таким образом, мы рассмотрели пример выбора уставок микропроцессорного расцепителя, обеспечивающие защиту асинхронного двигателя. Данный пример выбора уставок микропроцессорного расцепителя не является техническим руководством. В конечном виде панель настройки микропроцессорного расцепителя автоматического выключателя будет выглядеть так:

Электромагнитная совместимость, соответствующая требованиям ГОСТ Р 50030.2-2010, и возможность внедрения в систему автоматизации делает автоматические выключатели Optimat D250 более надежными, удобными и выгодными решениями по многим показателям.