Всего за 182 руб. Купить полную версию
Принцип работы и устройство конструктивных элементов автоматических выключателей
Для автоматического отключения внутри корпуса автомата смонтировано два вида устройств, работающих по разным принципам отключения:
1. нагрев и изгиб биметаллического элемента (как в утюге) с выводом механической защелки из зацепления - тепловой выключатель;
2. выбивание защелки механическим ударом сердечника электромагнита - электромагнитный выключатель.
Тепловой выключатель
Он работает за счет изгиба биметаллической (состоящей из двух металлов с сильно отличающимися коэффициентами теплового расширения - ТКР) составной пластины при нагреве от проходящего через нее тока. Охлаждение пластины, которая является подвижным рабочим элементом данного устройства, происходит за счет отвода тепла в окружающую среду.
На этот выключатель воздействует тепловая энергия, вызываемая проходящим по биметаллу электрическим током. Ее величина, согласно закону Джоуля - Ленца (см. "Основные электрические параметры и единицы измерения"), зависит:
• от электрического сопротивления цепи (Ом);
• силы протекающего тока (А);
• времени его воздействия (с).
Из этих трех параметров электрическое сопротивление в установившемся процессе практически не меняется. Его учитывают только при теоретических расчетах. При коммутациях нагрузки резко изменяется ток. Поэтому важнее два других параметра:
• сила электрического тока;
• время его протекания.
Их учитывают специальными характеристиками, которые называют по этим составляющим времятоковыми.
По силе протекающего тока через автомат и времени его действия определяют не только интервал работы теплового выключателя, но и время отсечки.
За основу расчетов принимают величину номинального тока, выбранного для конструкции выключателя. Предельное значение срабатывания защитного элемента привязывают к его кратности - отношению проходящего действующего тока I к номинальному In.
Поскольку защитные токовые характеристики автоматического выключателя рассчитаны на превышение номинального тока, то всегда кратность токов I/In > 1.
Электромагнитный выключатель
Принцип работы основан на воздействии магнитного поля, генерируемого токами проходящих по виткам обмоток электромагнита (соленоида) на сердечник (шток), который является подвижным исполнительным элементом данного устройства. При величине нагрузок, не превышающих расчетное номинальное значение, токи, протекающие в каждом витке, создают суммарное магнитное поле, не способное преодолеть силу удержания механического штока внутри корпуса соленоида. Головка подвижного толкателя втянута внутрь, а подвижный силовой контакт автоматического выключателя надежно прижат к стационарной части.
Когда сила проходящего тока превышает расчетный номинальный ток, то суммарное магнитное поле, наведенное внутри катушки, мгновенно преодолевает силу удерживания штока, что приводит его в движение. Быстро смещаясь, шток ударяет по защелке и размыкает контакты.
В результате электрическая цепь разрывается, и питающее напряжение снимается с подключенной схемы.
Маркировка автоматических выключателей
Все автоматические выключатели обладают определенными техническими характеристиками. Для ознакомления с ними на корпусе наносится маркировка, включающая набор схем, букв, цифр и прочих символов. По внешнему виду автомата нельзя ничего сказать, и все характеристики можно узнать только по нанесенной маркировке.
Маркировка наносится на лицевой (передней) стороне корпуса автомата стойкой нестирающейся краской (рис. 12, а, б, в, г), благодаря чему с параметрами можно ознакомиться, даже когда автомат находится в работе, то есть установлен в распределительном щите на DIN-рейке и к нему подключены провода. Не нужно отсоединять провода и вытаскивать его из щита, чтобы прочитать маркировку.
Рис. 12 а, б, в, г. Примеры маркировки электрических автоматов на корпусе
Расшифровка маркировки автомата. Чтобы правильно выбрать автомат защиты, при покупке следует обращать внимание не только на внешний вид и марку устройства, но и на его характеристики.
1. Фирма-изготовитель (бренд) автоматического выключателя
Маркировка автоматических выключателей начинается с логотипа или названия производителя (например, Hager, IEK, ABB, Schneider Electric). Наименование завода-изготовителя наносится на корпусе вверху, его трудно не заметить.
2. Линейная серия автоматов (модель)
Модель автоматического выключателя обычно отражает серию устройства в линейке завода-изготовителя и представляет собой буквенно-цифровое обозначение. Например, автоматы серии SH200 и S200 принадлежат производителю ABB, а у Schneider Electric встречаются Acti9, Nulti9.
Зачастую серия присваивается автомату для отличия моделей по техническим характеристикам или ценовой категории. Например, SH200, рассчитанные на короткое замыкание до 4,5 кА, менее затратные в производстве и более дешевые по стоимости, чем S200, рассчитанные на 6 кА.
3. Времятоковая характеристика автомата
Данная характеристика обозначается латинской буквой. Всего существует 5 типов времятоковых характеристик: В, С, D, K, Z. Но наиболее распространенные из них это первые три: В, С и D. B - от 3 до 5 × In; C - от 5 до 10 × In; D - от 10 до 20 × In.
Автоматы с характеристиками типа K и Z используют для защиты потребителей с активно-индуктивной нагрузкой и электроникой соответственно, например серверов или микроволновых печей.
Универсальная времятоковая характеристика, которая подходит для применения в быту, - характеристика типа С.
4. Номинальный ток автомата
После буквенного значения идет цифра, определяющая номинал автоматического выключателя. Номинал определяет максимальное значение тока, который может постоянно проходить без срабатывания автоматического выключателя. Причем значение номинального тока указывается для температуры окружающей среды +30 °C.
Например, если номинальный ток автомата равен 16 А, то автомат будет держать эту нагрузку и не отключаться при температуре окружающей среды не выше +30 °C. Если же температура будет выше +30 °C, то автомат может сработать при токе и меньшем 16 А.
Исправный автомат при коротком замыкании обязан сработать в течение 0,01–0,02 с, в противном случае начнется плавление изоляции электропроводки с риском дальнейшего воспламенения.
5. Номинальное напряжение
Сразу под маркировкой на автомате времятоковой характеристики идет обозначение номинального напряжения, на которое рассчитан данный автомат. Показатель номинального напряжения отображается в вольтах (В/V) и может быть постоянным ("-") или переменным ("~").
Значение номинального напряжения определяет, для каких сетей предназначено устройство. Маркировка напряжения предусматривает два значения для однофазных и трехфазных сетей. Например, маркировка 230/400V~ означает, что 230 В - напряжение однофазной сети, 400 В - напряжение трехфазной сети. Значок "~" означает переменное напряжение сети.
6. Предельный ток отключения
Следующий параметр - предельный ток отключения или, как его еще называют, отключающая способность автомата. Этот параметр характеризует ток короткого замыкания, который способен пропустить через себя автомат и отключиться, не теряя работоспособности (без риска выхода из строя).
Электрическая сеть - сложная система, в которой часто возникают сверхтоки вследствие короткого замыкания. Сверхтоки кратковременны, но характеризуются большой величиной. Каждый автоматический выключатель обладает предельной коммутационной способностью, определяющей возможность выдержать сверхтоки и сработать при этом.
Для модульных автоматов предельное значение токов отключения составляют 4500, 6000 или 10000. Значения указываются в амперах.
7. Класс токоограничения
Сразу под значением предельного тока отключения на корпусе указывается так называемый класс токоограничения. Возникновение сверхтоков опасно тем, что при их появлении выделяется тепловая энергия. В результате изоляция электропроводки начинает плавиться.
Автоматический выключатель отключится, когда ток короткого замыкания достигнет максимального значения. А для того чтобы ток КЗ достиг своего максимума, требуется некоторое время, и чем больше будет это время, тем больше будет ущерб, нанесенный оборудованию и изоляции электропроводки.
Токоограничитель способствует ускоренному отключению автоматического выключателя, тем самым не давая току КЗ достигнуть максимального значения. По сути, этот параметр ограничивает время короткого замыкания.
Различают три класса токоограничителя, которые маркируют в черном квадрате. Чем выше класс, тем быстрее отключится автомат.
• Класс 1 - маркировка отсутствует; иными словами, автоматы, на корпусе которых отсутствует класс токоограничения, относятся к первому классу. Время ограничения составляет более 10 мс.
• Класс 2 - ограничивает время прохождения тока КЗ в пределах 6-10 мс.