Принцип работы автомата защиты сети

Принцип работы автомата защиты сети

Принцип работы автомата защиты сети
СОДЕРЖАНИЕ
0

Принцип работы

Конструкция двухполюсника идентична автоматическому выключателю с одним полюсом. Иначе говоря, этот прибор состоит из двух однополюсных автоматов объединённых в одном корпусе. Его особенность в том, что в этих защитных устройствах в аварийных ситуациях автоматически отключаются обе защищаемые линии одновременно. В принципе, элементарный двухполюсный автомат можно сделать самому, соединив планкой намертво рычажки управления двух однополюсников.

Для понимания устройства и принципа работы двухполюсного автоматического выключателя достаточно разобраться в строении автомата с одним полюсом. Самый простой такой прибор состоит из биметаллической пластины и конструкции механизма взвода и расцепления. Кстати устаревшие автоматы именно так и выглядели. Устройство такого выключателя изображено на рисунке 1.

В ситуациях, равносильных короткому замыканию или при длительных перегрузках в однофазных цепях биметаллическая пластина нагревается и вследствие деформации действует на рабочий рычаг конструкции. Срабатывает механизм защитного отключения и цепь разрывается.

Рисунок 1. Автоматический выключатель старого образца

Принцип работы этого устройства очень простой. Когда величины номинальных токов превысят допустимые параметры, тепловой расцепитель приводит в действие подвижный контакт и цепь разрывается. Механизм отключения питания может сработать в двух случаях – при перегрузке или вследствие КЗ. Для подключения питания необходимо устранить причину возникновения токов срабатывания, а потом нажатием рычага управления включить автомат.

Схема работы проста и надёжна. Однако у неё есть существенный недостаток: автомат не реагирует на токи утечки, поэтому не может защитить от поражения током или предупредить загорание проводки в случае искрения. С целью полной защиты требуются дополнительные устройства.

Упомянутого недостатка лишены современные двухполюсные пакетники. На рисунке 2 изображено устройство такого автоматического выключателя. В его конструкции есть одна важная деталь – электромагнитный расцепитель. Такие двухполюсные устройства сочетают в себе функции обычных дифференциальных автоматов-выключателей и устройства защитного отключения (УЗО).

Устройство современного автомата
Рисунок 2. Устройство современного автомата

Благодаря электромагнитному расцепителю  механизм взвода и расцепления двухполюсного автомата реагирует на токи утечки. Это то самое блокирующее устройство, о котором речь шла выше.

Принцип действия электромагнитного расцепителя.

По двухпроводной линии ток проходит в двух противоположных направлениях – по фазному проводнику в одну сторону, а по нулевому – в другую. При номинальном напряжении магнитные потоки в катушках соленоида, наводимые равновеликими встречными токами, компенсируются. Поэтому результирующий магнитный поток нулевой.

Но стоит появиться утечке, как баланс нарушится, и возникший магнитный поток втянет стержень в соленоид. Он, в свою очередь, приведёт в действие рычаги механизма взвода и расцепления. Двухполюсный автомат разомкнёт 2 полюса, не зависимо от того, в каком из проводников появилась утечка или короткое замыкание. Произойдёт срабатывание УЗО, как реакция на изменение параметров дифференциальных токов.

Автоматический выключатель конструктивно состоит из трёх автоматов, объединённых в одно устройство (модульная конструкция). Каждый автомат, независимо от других, реагирует на аномальные отклонения токов, однако, благодаря планке, соединяющей рычажки управления, замыканий цепей или их размыкание происходит одновременно по трём фазам. На рисунке 1 показано фото типичного модульного выключателя.

Трёхполюсный автомат
Рис. 1. Трёхполюсный автомат

Существуют конструкции, в которых механизмы заключены в один корпус, с одним рычагом управления. Такое строение характерно для мощных промышленных трёхполюсных автоматов.

Рассмотрим устройство трёхполюсного автомата на примере модульного бытового автоматического выключателя (см. рис. 2).

Конструкция автоматического выключателя
Рис. 2. Конструкция автоматического выключателя

Конструктивные узлы:

  • силовые контакты;
  • дугогасительный механизм;
  • расцепители (устройства для разъединения контактов);
  • механизм взвода;
  • рычаг управления;
  • клеммы полюсов автомата для подключения проводов.

Расцепители бывают тепловыми и электромагнитными. Чаще всего применяются в комбинации. Силовые контакты расположены в дугогасительной решётчатой или щелевой камере. В мощных выключателях используют комбинированные камеры, сочетающие в себе решётчатые и щелевые конструкции.

Возле контактов может быть вмонтирована пластиковая вставка, которая при испарении выделяет газы, используемые для гашения дуги. Поток раскалённых газов или воздуха проходит через дугогасительную камеру и выходит в атмосферу по специальному каналу для отвода выпускных паров.

Для защиты цепей используются разные виды трёхполюсных выключателей, но их устройство существенно не отличается от конструкции приведённой выше.

На схемах устройства изображаются так, как показано на рис. 3.

Изображение на схемах
Рис. 3. Изображение на схемах

Исполняющим элементом конструкции является механизм расцепления, который состоит из коромысел, рычагов, пружин и защёлок, обеспечивающих мгновенное размыкание электрической цепи. Этот механизм приводят в действие расцепители, которые по принципу действия делятся на типы:

  • термобиметаллические – пластины с памятью;
  • электромагнитные – соленоид с сердечником;
  • электронные, управляемые полупроводниковыми элементами;
  • микропроцессорные, на базе интегральных микросхем.

Принцип работы автомата защиты сети

Напоследок заметим, что в некоторых промышленных образцах выключателей применяются электромеханические, электромагнитные, пневматические и другие типы приводов для управления автоматами. Это позволяет персоналу включать либо отключать устройства дистанционно.

В рабочем состоянии автоматического выключателя его контакты находятся в замкнутом положении. Номинальные токи свободно протекают через автомат. В таком состоянии устройство находится до тех пор, пока его не выключит оператор или токи нагрузки не превысят наперёд заданных значений.

Предлагаем ознакомиться:  Расчет выбора автомата по мощности

Возможны два случая:

  1. Отключение в результате КЗ (происходит без выдержки времени).
  2. Разрыв цепи вследствие её перегрузки, которая длится дольше заданного промежутка времени.

При коротком замыкании резко возрастает ток в защищаемой электрической сети, в результате чего срабатывает электромагнитный расцепитель, приводя в действие рычаги механизма расцепления. В течение 0,01 – 0,02 секунды происходит обесточивание проводки. За такой короткий промежуток времени она провода не успевают сильно нагреться.

Благодаря наличию дугогасительной камеры исключена возможность протекания тока по плазменному каналу разряда. Это, во-первых, защищает контакты от выгорания и залипания, а во-вторых – сводит к минимуму время отключения аварийного участка электрической сети.

Параметры срабатывания электромагнита рассчитаны на аварийные токи. Однако, на превышение номинальных токов в результате перегрузок, создаваемых потребителями, данное устройство не реагирует. В таких случаях для защиты проводки используется биметаллический расцепитель.

Он работает по принципу: при возрастании нагрузки в течение определённого периода (промежуток времени задаётся производителем) нагреваются биметаллические пластины. Если нагрузка не уменьшается, одна из пластин начинает изгибаться, приводя в действие коромысло, связанное с рычагом механизма расцепления. Под усилием пружины происходит скачкообразное срабатывание защиты. Повторное включение возможно только после остывания теплового расцепителя.

В случае, когда перегрузка была кратковременной (например, при запуске электромотора), пластина не успевает нагреться. При возвращении параметров электрической сети к норме, трёхполюсный выключатель продолжает работать в штатном режиме.

Принцип работы автомата защиты сети

Тепловые уставки регулируются винтом (см. рис. 2). При необходимости можно, в небольших пределах, изменить стандартные регулировки. Изменение уставок позволяет изменить чувствительность трёхполюсного выключателя, что иногда бывает полезно, при ложных срабатываниях защиты. Но имейте ввиду – такие действия оправданы лишь в том случае, когда вы уверены в том, что ваша электропроводка способна выдержать повышенные нагрузки локальной сети.

В некоторых моделях функции тепловых контактов могут выполнять электромагнитные реле, оборудованные гидравлическими замедлителями. Их преимущество в том, что нет надобности в ожидании остывания пластин для повторного включения. Недостаток – ограниченное время срабатывания. Если нагревание пластины может длиться от нескольких секунд до часа (при умеренных перегрузках), то электромагнит с замедлителем отключит питание гораздо быстрее.

Блок-контакты

Блок-контакты производства ETI серий 2159311(NO NC), 2159032(NO) и 2159312(NC) применяются для дистанционной сигнализации состояния прибора. Дополнительно к АВ серии ETIMAT 10 (80…125 А) можно добавить дополнительный блок-контакт 2159121 (NO NC).

Для серий ETIMAT P10 и ETIMAT P10 DC применяетcя дополнительный сигнальный контакт PS/SS ETIMAT P10/11 768900101 с 1NC и 1NC/NO. Данный аксессуар может работать как блок контактов – сигнализировать положение контактов, или как сигнальный контакт – сигнализировать аварийное отключение. Выбор происходит вручную.

Для этого надо повернуть винт на корпусе с соответствующей маркировкой. На контролируемом АВ имеется специальное отверстие для отключающего штока. Блок контактов соединяется с выключателем с помощью двух скоб и иглы в ручке дополнительного контакта. Срабатывание происходит с помощью иглы или другого отключающего элемента.

Блок-контакты от EATON cерии Z характеризуются несколькими вариантами монтажа (ZP – монтаж при помощи защелок, Z – монтаж при помощи винтов), изменением функций контактов, наличием самоочищающихся контактов (ZP-NHK), возможностью установки двух контактных блоков на один автомат (ZP-IHK – 1NO, 1NC, ZP-WHK – 1 переключающийся контакт).

Назначение

В случае одноконтурной электрической схемы, часто используемой в электрификации домов, не целесообразно применение двухполюсных автоматов для защиты сети. Эту задачу успешно решают однополюсные выключатели, так как нет особой необходимости в одновременном отключении различных сегментов цепи. В однофазной проводке с заземлённой нейтралью, когда все нулевые проводники закорочены на нулевые шины, также можно обойтись одиночными выключателями.

Совсем другая ситуация возникает в случаях, когда некое оборудование не может быть подключено в одну общую цепь. Например, если для питания группы электрических приборов используется трансформатор, то без двухполюсного автомата уже не обойтись. Объяснение простое – на выходе трансформатора нет фазы и нуля.

По аналогичному принципу работают четырехполюсные автоматы, работающие в трехфазных сетях с использованием нулевых проводов. Трехполюсными автоматами осуществляется защита трехфазных нагрузок от КЗ.

Кстати, ПУЭ не запрещает использование двухполюсных выключателей в качестве вводных автоматов. Их можно также применять для защиты групповой и индивидуальной нагрузки. Но, ни в коем случае через это устройство нельзя подключать провода заземления. Помните, что разрыв РЕ-провода допускается только при извлечении штепселя из розетки.

Типы расцепителей автоматических выключателей

Все расцепители, используемые в автоматических выключателях, можно условно разделить на две группы. В первую группу входят устройства, защищающие электрические цепи и способные распознавать наступление критической ситуации, когда появляются сверхтоки. В результате срабатывания дальнейшее развитие аварии пресекается за счет расхождения главных рабочих контактов.

Предлагаем ознакомиться:  Выбор трехфазного автомата по мощности

Вторая группа расцепителей представлена дополнительными устройствами, не входящими в базовую комплектацию автоматов. Под заказ могут устанавливаться:

  • Независимые расцепители, способные дистанционно отключать автоматы при поступлении сигнала из вспомогательной цепи.
  • Расцепитель минимального напряжения. Выполняет отключение автомата в случае падения напряжения ниже допустимых пределов.
  • Расцепитель нулевого напряжения. Его контакты размыкаются при наступлении значительного падения напряжения.

Образец теплового расцепителя, представленный на рисунке, выполнен в виде биметаллической пластины. В процессе нагревания она изгибается, меняет форму и оказывает воздействие на расцепляющий механизм. Для изготовления пластины две металлические ленты соединяются между собой механическим путем. Материал каждой ленты имеет разный коэффициент температурного расширения.

Главным преимуществом теплового расцепителя является высокая устойчивость к вибрациям, отсутствие трущихся деталей и возможность работы в загрязненном виде. Они отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. В качестве недостатков следует отметить постоянное потребление электроэнергии, чувствительность к перепадам температур, возможность ложных срабатываний при нагревании посторонними источниками.

Такое же широкое применение получили электромагнитные расцепители, обладающие мгновенным действием. Конструктивно они выполнены в виде соленоида с сердечником, воздействующим на расцепляющий механизм. Когда по обмотке соленоида протекает сверхток, это приводит к созданию магнитного поля, перемещающего сердечник, и одновременно преодолевающего сопротивление возвратной пружины.

Настройка электромагнитного расцепителя производится на срабатывание при коротком замыкании, значение которого составляет 2-20 ln. В свою очередь значение ln = 200 А. Погрешность настроек может составлять 20% в ту или иную сторону от заданной величины. Поэтому уставки срабатывания для силовых автоматов указываются в амперах или в кратном значении номинального тока.

Основными плюсами электромагнитных расцепителей являются устойчивость к вибрациям, ударам и прочим механическим воздействиям, а также простота конструкции, облегчающая ремонт и обслуживание устройства. К недостаткам можно отнести мгновенное срабатывание, без задержек по времени, а также создание магнитного поля во время работы.

Выдержка времени имеет большое значение, поскольку за счет нее обеспечивается селективность. При наличии селективности или избирательности, вводным автоматом распознается наличие короткого замыкания, но оно пропускается на определенное установленное время. В течение этого временного промежутка должно успеть сработать нижестоящее защитное устройство, отключающее не весь объект, а лишь поврежденный участок.

Довольно часто тепловой и электромагнитный расцепители применяются совместно, путем последовательного соединения обоих элементов. Такая связка получила название комбинированного или термомагнитного расцепителя.

К более сложным устройствам относятся полупроводниковые расцепители. В состав каждого из них входит блок управления, измерительные трансформаторы при переменном токе или магнитные усилители при постоянном токе, а также исполнительный электромагнит, выполняющий функцию независимого расцепителя. С помощью блока управления настраивается программа, определенная пользователем, под руководством которой будут расцепляться главные контакты.

В процессе настроек выполняются следующие действия:

  • Регулируется номинальный ток автомата
  • Настраивается выдержка времени в зонах перегрузок и коротких замыканий.
  • Определяется уставка срабатывания при коротком замыкании.
  • Настройка защитных переключателей на срабатывание от однофазного короткого замыкания и токов включения.
  • Настройка переключателя, отключающего задержку по времени, когда при коротком замыкании режим селективности изменяется на режим мгновенного действия.

Конструкция электронного расцепителя напоминает устройство аналогичного полупроводникового прибора. Он также состоит из электромагнита, измерительных устройств и блока управления. Значение рабочего тока и время выдержки устанавливается ступенчато, обеспечивая гарантированное срабатывание при коротком замыкании и пусковых токах.

Достоинствами этих приборов являются разнообразие настроек и возможность выбора, работа установленной программы с высокой точностью, наличие индикаторов работоспособности и причин срабатывания, логическая селективная связь с выключателями, расположенными выше и ниже автомата.

К недостаткам можно отнести высокую цену, хрупкость блока управления и чувствительность к влиянию электромагнитных полей.

DA ETIMAT 10 от ETI позволяет дистанционно управлять АВ серии ETIMAT:

  • 2159303 (230 В AC), 2159311 (48 В DC), 2159312 (24 В AC) для АВ 0,5…63 А;
  • 2159321 для АВ 80…125 А.

Независимые расцепители производства EATON серии ZP используются с АВ серии PL и имеют ширину 1 модуль, возможность монтажа при помощи защелок (ZP) или винтов (Z). Рабочее напряжение – 12…415 В для ZP-ASA/24 и Z-LHASA/230 соответственно.

Компания Siemens выпускает независимые расцепители моделей 5ST3030 (110…415 В АС) и 5ST3031 (24…60 В AC/DC) для использования с АВ серий 5SY и 5SP.

Достоинства и недостатки

Двухполюсные автоматы обеспечивают контроль линий при однофазном питании, а также защиту оборудования, работающего в трехфазных цепях.

К достоинствам этих устройств можно отнести:

  • надёжную защиту домов, офисов и производственных помещений от сетевых перенапряжений;
  • возможность контроля мощности отдельных электроприборов и установок;
  • лёгкость монтажа и обслуживания. Двухполюсные АВ идеально подходят для выполнения разветвлений и структурирования проводки в электроснабжении помещений.

Конечно, главное преимущество в том, что двухполюсный автомат одновременно обесточивает два проводника, не зависимо от того, в котором из них произошла авария. Это гарантирует полное отсутствие напряжения в защитных проводниках.

Из недостатков можно отметить:

  • существование вероятности пробоя кабеля при одновременном включении двух нагруженных линий;
  • в редких случаях, при выходе из строя теплового расцепителя, возможно произвольное отключение питания даже в режиме номинальных напряжений;
  • необходимость подбора двухполюсных автоматов в соответствии с расчётными параметрами сети. Если чувствительность выключателя будет завышена – он без веских причин будет часто срабатывать, а при заниженном показателе скорости реакции на нестандартную ситуацию, автомат не заметит перегрузки сети.
Предлагаем ознакомиться:  Трап для душа в полу под плитку

Благодаря уникальным преимуществам применение двухполюсных выключателей оправдано даже с учётом существующих вероятностей проявления указанных недостатков.

Ограничитель тока

OSP-6, OSP-10 производства компании EATON представляет собой АВ с более точной заводской настройкой теплового расцепителя, например OSP-6 1p 6A (2181030).

Существуют также специальные ограничители тока ETIMAT T, например, 2181092. Они используются в качестве вводных выключателей, устанавливаемых перед электрическим счетчиком. Задача ограничителя тока этой серии – селективно отключать линию при превышении потребления допустимого тока потребителем, поэтому в конструкции отсутствует электромагнитный расцепитель и нет защиты от короткого замыкания.

Принцип работы автомата защиты сети

При эксплуатации опломбировать необходимо только силовые клеммы, не блокируя рукоятку, чтобы при превышении потребляемой мощности человек мог самостоятельно включить данный АВ без вызова сервисной службы.

Установка и схемы подключения

Монтаж устройств на дин-рейку выполняется очень просто. Для этого предусмотрены специальные захваты (защёлки) с тыльной стороны автомата (Рис.3). Подсоединение проводов к клемме прибора тоже не вызывает трудностей: провода легко зажимаются болтами на клеммах прибора. По умолчанию к верхним клеммам подключают провода ввода, а к нижним – вывода.

Крепление автоматов
Рисунок 3. Крепление автоматов

Общепринятая схема подключения выглядит следующим образом:

  1. Перед счётчиком устанавливают выключатель вводной AB.
  2. После счётчика с однофазным вводом монтируется двухполюсный АВ.
  3. Если предусмотрен трехфазный ввод, то используют трёхполюсный или четырёхполюсный автоматический выключатель, в зависимости от схемы подключения нулевых проводников.

В сложных разветвлённых схемах может быть несколько двухполюсников, после которых, на каждую ветвь устанавливается ещё по одному однополюсному автомату. Пример такой схемы с общей нулевой шиной представлен на рисунке 4. Обратите внимание, что для фазного ввода использован двухполюсный автомат. На этой схеме нет других вводных устройств.

Схема включения автоматических выключателей
Рис. 4. Пример схемы включения автоматических выключателей

Заключение

В России ежегодно происходит несколько десятков тысяч аварий, связанных с неисправностью электрооборудования и электролиний. Этого можно избежать, если при проектировании и сервисном обслуживании систем электроснабжения объектов закладывать в проект только надежное и высококачественное защитное оборудование.

Компании Siemens,Eaton и ETI являются ведущими мировыми производителями электротехнического оборудования, в том числе – автоматических выключателей и аксессуаров к ним. Инженеры этих компаний ежегодно улучшают технико-эксплуатационные характеристики своих изделий. Оборудование периодически проходит международную сертификацию и полностью соответствует мировым электротехническим стандартам.

В этой статье мы рассмотрели время токовые характеристики защитных автоматов, классификацию этих устройств в соответствии с ПУЭ, а также разобрались, в каких цепях устанавливаются приборы различных категорий. Полученная информация поможет вам определить, какое защитное оборудование следует использовать в сети, исходя из того, какие устройства к ней подключены.

Как выбрать двухполюсник?

Для того чтобы автоматический выключатель в полной мере обеспечивал необходимую защиту, необходимо взвешено подойти к его выбору. Главное не ошибиться с номиналом. Для этого необходимо знать номинальную нагрузку, которую планируете подключить к прибору.

Ток в цепи, защищаемой автоматом, вычисляем по формуле: I = P / U, где P – номинальная нагрузка, а U – напряжение в сети.

Например: если к прибору буден подключен холодильник на 400 Вт, электрочайник на 1500 Вт и две лампочки по 100 Вт, то P= 400 Вт 1500 Вт 2×100= 2100 Вт. При напряжении 220 В максимальный ток в цепи будет равен: I=2100/220= 9.55 A. Ближайший к этому току номинал автомата – 10 А. Но при расчётах мы не учли ещё сопротивления проводки, которое зависит от типа проводов и их сечения. Поэтому покупаем выключатель с током срабатывания на 16 ампер.

Приводим таблицу, которая помогает определить мощность сети для учёта при расчётах силы тока.

Сила тока 1 2 3 4 5 6 8 10 16 20 25 32 40 50 63 80 100
Мощность однофазной сети 02 04 07 09 1,1 1,3 1,7 2,2 3,5 4,4 5,5 7 8,8 11 13,9 17,6 22
Сечения проводов медных 1 1 1 1 1 1 1,5 1,5 1,5 2,5 4 6 10 10 16 25 35
алюминиевых 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 4 6 10 16 16 25 35 50

Пользуясь таблицей можно с большой точностью вычислить необходимые параметры двухполюсного автомата.

Принцип работы автомата защиты сети

Что касается магазинов, где можно их приобрести, ориентируйтесь на цены и на ассортимент продукции. Из списка производителей можем порекомендовать, например, бренд Legrand.

Комментировать
0
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector