Какие расцепители имеют автоматические выключатели

Описание параметра «Тип встроенного расцепителя»

Различают следующие типы расцепителей:

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.

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

• 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.

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

• создаёт магнитное поле.

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.

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

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

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

Тепловой расцепитель автоматического выключателя

Частью конструкции автоматического выключателя (автомата) является тепловой расцепитель. Дело в том, что внутри автоматического выключателя реализовано сразу два пути защиты от токовой перегрузки:

электромагнитный расцепитель, размыкающий цепь при превышении номинального тока в разы (при коротком замыкании) ;

тепловой расцепитель, срабатывающий при меньших токах перегрузки, но обладающий, однако, меньшим быстродействием чем его электромагнитный соратник.

Разумеется, при прохождении по проводке тока немного большего, чем ее расчетный ток, проводка не перегорит, поэтому быстродействия теплового расцепителя обычно достаточно.

Кинематическая схема автоматического выключателя:

1 – тепловой расцепитель; 2 – электромагнитный расцепитель; 3 – минимальный расцепитель; 4 – независимый расцепитель; 5 – электромагнитный привод; 6 – рукоятка управления; 7 – пружина, ускоряющая отключение; 8, 9, 10 – механизм свободного расцепления; 11 – подвижный контакт; 12 – неподвижный контакт; 13 – контактная пружина.

Расцепители – устройства, обеспечивающие автоматическое размыкание контактов посредством воздействия на механизм свободного расцепления в аварийном режиме работы цепи или служащие для дистанционного отключения выключателя.

Устройство автоматического выключателя:

Время-токовая характеристика — зависимость времени срабатывания аппарата защиты (времени плавкой перегорания вставки предохранителя) от значения тока, протекающего через его измерительный элемент (плавкую вставку предохранителя), нагревательный элемент электротеплового реле. Иногда можно встретить другие названия время-токовой характеристики — ампер-секундная характеристика или просто — защитная характеристика.

Время-токовая характеристика – это основная характеристика автоматического выключателя отражающая зависимость времени срабатывания автоматического выключателя при возникновении аварийного режима от величины тока цепи. Она имеет вид гиперболы, поэтому чем больше протекающий через аппарат защиты ток, тем меньше время его срабатывания. Однако данное время не может быть меньше собственного времени срабатывания.

В зависимости от типа установленных в автоматическом выключателе расцепителей, он может иметь такие времятоковые характеристики, как:

зависимая от тока характеристика времени срабатывания. Такую характеристику имеет тепловой расцепитель. Она характеризуется током срабатывания при перегрузке, а время срабатывания зависит от величины тока.

независимая от тока характеристика времени срабатывания. Такую характеристику имеет электромагнитный расцепитель. Она характеризуется током срабатывания отсечки. Срабатывание может быть мгновенным или с выдержкой времени;

ограниченно зависимая от тока (двухступенчатая) характеристика времени срабатывания. Такую характеристику имеет комбинированный расцепитель (тепловой и электромагнитный).

Время-токовая характеристика, для упрощения, может изображаться одной линией, проходящей в середине оны срабатывания.

Тепловой расцепитель построен на основе биметаллической пластины, которая разогревается от проходящего через нее тока, при этом постепенно изгибается, если ток становится все выше и выше относительно номинального для данного автомата (типового, который значится в маркировке), что в конце концов приводит к размыканию защищаемой этим автоматом цепи. Когда пластина изгибается, усилие ее изгиба передается на тягу, которая в свою очередь давит на курок механизма расцепления.

Минимальный ток срабатывания для конкретного теплового расцепителя составляет 1,45 его номинального тока (уставки), а время срабатывания зависит от время-токовой характеристики рассматриваемого автомата, и в зависимости от величины тока перегрузки и от начальной температуры биметаллической пластины, — может составлять от нескольких секунд до часа и даже двух в зависимости от типа автомата.

Устройство теплового расцепителя автоматического выключателя:

Работа теплового расцепителя:

Холодный автомат при токе в 2,55 раза больше номинального разомкнет цепь максимум через одну минуту, а в горячем состоянии — через несколько секунд (это справедливо для автоматов номиналом до 32А). Поэтому выбирая автомат для своего щитка необходимо понимать, что номинальный ток автомата — это не ток его срабатывания.

Предельно допустимый ток для проводки, при котором должно происходить отключение автомата, желательно сопоставлять с время-токовой характеристикой выбираемого автомата, ориентируясь на его тип (B, C, D).

Биметаллическая пластина автоматического выключателя представляет собой две плотно прижатые друг к другу, но не сплавленные, металлические полосы, изготовленные из металлов с различными коэффициентами теплового расширения. Две полосы скреплены друг с другом с одного конца пайкой или сваркой. Другие их концы закреплены в корпусе выключателя неподвижно.

Когда автоматический выключатель установлен в цепь, биметаллическая пластина оказывается включена в эту цепь последовательно с нагрузкой. В результате её нагревания проходящим электрическим током, пластина изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. В случае перегрузки изгиб пластины обеспечивает отключение автоматического выключателя путем активации механизма разъединения.

Обозначение теплового расцепителя на корпусе выключателя Hager:

Когда автоматический выключатель только пребывает на стадии изготовления, ток срабатывания теплового расцепителя настраивается при помощи специального регулировочного (юстировочного) винта, который скрыт внутри автомата и находится возле одной из его клемм.

Как только автомат сработал, его биметаллическая пластина начинает остывать и выпрямляться, так что через некоторое время автомат снова готов к полноценной работе, стоит только заново взвести его рычаг. Подобными способностями плавкий предохранитель не похвастается.

Расцепители для модульных автоматических выключателей

Расцепитель – это функциональный элемент автоматического выключателя, отключающее устройство, приводящее в движение его контакты.

Обычно, используется два типа расцепителя: электромагнитный расцепитель короткого замыкания (моментального действия) и расцепитель перегрузки (тепловой расцепитель), скорость срабатывания которого зависит от величины превышения номинального тока.

Расцепитель – это функциональный элемент автоматического выключателя, отключающее устройство, приводящее в движение его контакты.
О конструкции модульного автоматического выключателя читайте в статье.

Обычно, используется два типа расцепителя: электромагнитный расцепитель короткого замыкания (моментального действия) и расцепитель перегрузки (тепловой расцепитель), скорость срабатывания которого зависит от величины превышения номинального тока.

Тепловой расцепитель всегда срабатывает с определенной выдержкой времени, которая обратно пропорциональна величине превышения номинального тока (см. рис. 2). Выдержка времени позволяет избежать нежелательных ложных срабатываний при подключении или отключении нагрузки (т.е. при переходных процессах), или при кратковременном подключении мощной нагрузки. Так, при подключении к сети импульсных блоков питания или включении электродвигателей происходит резкое увеличение тока, который превышает номинальный, что нормально и не имеет отрицательного влияния на электрическую линию, поэтому автомат не должен отключаться при кратковременных скачках тока.

С электромагнитным расцепителем все просто, он должен за доли секунды разомкнуть контакты при коротком замыкании.

Комбинация электромагнитного и теплового расцепителей задают время срабатывания автоматического выключателя в зависимости от величины превышения тока относительно номинала. Эта время-токовая зависимость определяет один из важнейших параметров автоматического выключателя – характеристику отключения (кривую срабатывания). Наиболее распространены характеристики отключения B, C и D. Наибольшая выдержка времени у характеристики D, автоматы с такой характеристикой применяются для защиты линий, к которым подключены электротвигатели и другая сильно-индуктивная нагрузка.

Рисунок 2. Графики кривых срабатывания модульных автоматических выключателей

Рассмотрим график кривой типа B. Автомат с характеристикой отключения B при превышении тока на 13% от номинала сработает больше, чем через 20 минут, а при превышении на 50% сработает примерно через 20 секунд. Работа электромагнитного расцепителя показана на графике зеленым цветом – за 0,1 сек. Он отключит автомат при токе большем от номинального в 3 – 5 раз.

Пример: автомат с номиналом 16 А и характеристикой отключения B может спокойно проработать 20 минут, не отключая нагрузку, если ток в линии будет 18 А; при 24 А срабатывание произойдет через 20 секунд, а при 40 А – через 1 секунду. Электромагнитный расцепитель разомкнет контакты при токе от 48 А до 80 А.

Рассмотрим график кривой типа C. Автомат с характеристикой отключения C гарантировано начинает срабатывать только при превышении тока на 45% от номинала, так при превышении на 50% он сработает примерно через 20 минут или даже больше, а при превышении в 2,5 раза сработает примерно через 75 секунд. Работа электромагнитного расцепителя показана на графике голубым цветом – за 0,1 сек. он отключит автомат при токе большем от номинального в 5 – 10 раз.

Пример: автомат с номиналом 16 А и характеристикой отключения C при токе 23 А может не отключиться и через 20 минут; при 40 А срабатывание произойдет примерно через 75 секунд. Электромагнитный расцепитель разомкнет контакты при токе от 80 А до 160 А.

Автоматические выключатели (автоматы) для электродвигателей

Автоматическим выключателем называется аппарат, основной функцией которого является отключение участка электрической цепи при нарушении в нем нормального режима работы. Кроме того, аппарат может применяться для нечастых оперативных включений и отключений, тем самым, заменяя контактор или магнитный пускатель. Существуют автоматы с электромагнитным и комбинированным (электромагнитным и тепловым) расцепителем: первые осуществляют защиту только от коротких замыканий, вторые – как от коротких замыканий, так и перегрузок по току.

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку и сердечник. При достижении тока уставки электромагнитного расцепителя сердечник втягивается в катушку и срабатывает механизм расцепления контактов автомата. Током уставки электромагнитного расцепителя I_устэм называется наименьший ток, при котором срабатывает расцепитель. Ток уставки электромагнитного расцепителя должен быть выбран таким образом, чтобы с одной стороны надежно обеспечивалась защита от коротких замыкания, с другой стороны обеспечивался запуск двигателя. Учитывая отклонение фактического пускового тока двигателя от его каталожного значения, а также разброс характеристик автомата, ток уставки I_устэм следует выбирать согласно следующим формулам:

а) для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:

;

б) для группы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:

;

в) для асинхронного двигателя с фазным ротором:

;

г) для группы асинхронных двигателей с фазным ротором:

, где I_пуск – пусковой ток двигателя, – сумма номинальных токов, одновременно работающих двигателей, – разность между пусковым и номинальным током для двигателя, у которого она имеет наибольшее значение (если одновременно пускается несколько двигателей, то вместо подставляется сумма ), – наибольшее значение из номинальных токов двигателей.

Выбранный автомат необходимо проверить по отключающей способности токов короткого замыкания: при двухфазном коротком замыкании для сетей с изолированной нейтралью и однофазном на землю для сетей с заземленной нейтралью. Согласно ПУЭ

для выключателя с электромагнитным расцепителем;

для выключателя с комбинированным расцепителем.

Комбинированный (электромагнитный и тепловой) расцепитель.

Принцип действия, способ обеспечения защиты и настройка теплового расцепителя идентичны аналогичным операциям для теплового реле, рассмотренного ранее.

При установке автоматического выключателя с комбинированным (тепловым и электромагнитным) расцепителем отпадает необходимость в устройстве защиты от коротких замыканий, так как его функцию выполняет электромагнитный расцепитель автомата.