Instalacja zasady działania automatycznego urządzenia przełączającego. Wyłączniki automatyczne – budowa i zasada działania. Niezwykle ważne dodatki

Co to jest wyłącznik automatyczny?

Wyłącznik obwodu(automatyczny) to urządzenie przełączające przeznaczone do ochrony sieci elektrycznej przed przetężeniami, tj. od zwarć i przeciążeń.

Definicja „przełączania” oznacza, że ​​urządzenie to może włączać i wyłączać obwody elektryczne, innymi słowy je przełączać.

Wyłączniki automatyczne występują w wersji z wyzwalaczem elektromagnetycznym chroniącym obwód elektryczny przed zwarciem oraz z wyzwalaczem kombinowanym, gdy oprócz wyzwalacza elektromagnetycznego stosuje się wyzwalacz termiczny w celu zabezpieczenia obwodu przed przeciążeniem.

Notatka: Zgodnie z wymogami PUE domowe sieci elektryczne muszą być chronione zarówno przed zwarciami, jak i przeciążeniami, dlatego w celu ochrony domowej instalacji elektrycznej należy stosować wyłączniki automatyczne z wyzwalaczem kombinowanym.

Przełączniki automatyczne dzielą się na jednobiegunowe (stosowane w sieciach jednofazowych), dwubiegunowe (stosowane w sieciach jednofazowych i dwufazowych) oraz trójbiegunowe (stosowane w sieciach trójfazowych), występują także cztero- wyłączniki biegunowe (mogą być stosowane w sieciach trójfazowych z systemem uziemienia TN-S).

1. Budowa i zasada działania wyłącznika.

Poniższy rysunek pokazuje urządzenie przerywające obwód z wydaniem łączonym, tj. posiadające zarówno wyzwalacz elektromagnetyczny, jak i termiczny.

1,2 - odpowiednio dolne i górne zaciski śrubowe do podłączenia przewodu

3 - ruchomy kontakt; 4 – komora łukowa; 5 - przewód elastyczny (służy do łączenia ruchomych części wyłącznika); 6 - cewka wyzwalająca elektromagnetyczna; 7 - rdzeń wyzwalacza elektromagnetycznego; 8 — wyzwalanie termiczne (płyta bimetaliczna); 9 — mechanizm zwalniający; 10 — uchwyt sterujący; 11 — zacisk (do montażu maszyny na szynie DIN).

Niebieskie strzałki na rysunku pokazują kierunek przepływu prądu przez wyłącznik.

Głównymi elementami wyłącznika są wyzwalacze elektromagnetyczne i termiczne:

Wyzwolenie elektromagnetyczne zapewnia ochronę obwodu elektrycznego przed prądami zwarciowymi. Jest to cewka (6) z umieszczonym pośrodku rdzeniem (7), który jest osadzony na specjalnej sprężynie. Podczas normalnej pracy prąd przepływający przez cewkę zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej wytwarza pole elektromagnetyczne, które przyciąga rdzeń wewnątrz cewki, ale siła tego pola elektromagnetycznego nie jest wystarczająca, aby pokonać opór sprężyny, na której zamontowany jest rdzeń.

Podczas zwarcia prąd w obwodzie elektrycznym natychmiast wzrasta do wartości kilkakrotnie większej niż prąd znamionowy wyłącznika; ten prąd zwarciowy, przechodząc przez cewkę wyzwalacza elektromagnetycznego, zwiększa pole elektromagnetyczne działające na rdzeń do takiej wartości, że jego siła cofająca jest wystarczająca, aby pokonać poruszające się wewnątrz cewki sprężyny oporowe, rdzeń otwiera ruchomy styk wyłącznika, odłączając napięcie od obwodu:

W przypadku zwarcia (tzn. kilkukrotnego chwilowego wzrostu prądu) wyzwalacz elektromagnetyczny rozłącza obwód elektryczny w ułamku sekundy.

Uwalnianie termiczne zapewnia ochronę obwodu elektrycznego przed prądami przeciążeniowymi. Przeciążenie może wystąpić w przypadku podłączenia do sieci sprzętu elektrycznego o łącznej mocy przekraczającej dopuszczalne obciążenie tej sieci, co w konsekwencji może doprowadzić do przegrzania przewodów, zniszczenia izolacji przewodów elektrycznych i ich awarii.

Wyzwalaczem termicznym jest płyta bimetaliczna (8). Płyta bimetaliczna - płyta ta jest lutowana z dwóch płytek z różnych metali (metal „A” i metal „B” na poniższym rysunku) mających różne współczynniki rozszerzalności po podgrzaniu.

Kiedy przez płytkę bimetaliczną przepływa prąd przekraczający prąd znamionowy wyłącznika, płyta zaczyna się nagrzewać, podczas gdy metal „B” ma wyższy współczynnik rozszerzalności po podgrzaniu, tj. po podgrzaniu rozszerza się szybciej niż metal „A”, co prowadzi do skrzywienia płytki bimetalicznej; podczas zginania wpływa na mechanizm zwalniający (9), który otwiera ruchomy styk (3).

Czas reakcji wyzwalacza termicznego zależy od wielkości nadmiaru prądu w sieci elektrycznej prądu znamionowego maszyny; im większy jest ten nadmiar, tym szybciej zadziała wyzwalacz.

Z reguły wyzwalacz termiczny działa przy prądach 1,13-1,45 razy większych od prądu znamionowego wyłącznika, natomiast przy prądzie 1,45 razy większym od prądu znamionowego wyzwalacz termiczny wyłączy wyłącznik w ciągu 45 minut - 1 godzina.

Za każdym razem, gdy wyłącznik zostanie wyłączony pod obciążeniem, na ruchomym styku (3) powstaje łuk elektryczny, który ma destrukcyjny wpływ na sam styk, a im wyższy prąd przełączany, tym silniejszy jest łuk elektryczny i tym większa jest jego siła destrukcyjny efekt. efekt. Aby zminimalizować uszkodzenia spowodowane łukiem elektrycznym w wyłączniku, kierowany jest on do komory gaszenia łuku (4), która składa się z oddzielnych, równolegle ułożonych płyt; łuk elektryczny, padając pomiędzy te płytki, zostaje zmiażdżony i wygaszony.

3. Oznaczenie i charakterystyka wyłączników.

VA47-29- typ i seria wyłącznika

Prąd znamionowy— maksymalny prąd sieci elektrycznej, przy którym wyłącznik może pracować przez długi czas bez awaryjnego wyłączenia obwodu.

Napięcie znamionowe— maksymalne napięcie sieciowe, dla którego zaprojektowano wyłącznik.

PKS— graniczna zdolność wyłączania wyłącznika. Rysunek ten pokazuje maksymalny prąd zwarciowy, który może wyłączyć dany wyłącznik, zachowując jego funkcjonalność.

W naszym przypadku PKS jest wskazany na 4500 A (amper), co oznacza, że ​​przy prądzie zwarciowym (zwarciu) mniejszym lub równym 4500 A wyłącznik jest w stanie otworzyć obwód elektryczny i pozostać w dobrym stanie , jeśli prąd zwarciowy. przekracza tę liczbę, istnieje możliwość przetopienia i zespawania styków ruchomych maszyny.

Charakterystyka wyzwalania— określa zakres działania zabezpieczenia wyłącznikowego oraz czas, w którym to działanie następuje.

Przykładowo w naszym przypadku przedstawiona jest maszyna o charakterystyce „C”; jej zakres pracy wynosi od 5·In do 10·In włącznie. (In - prąd znamionowy maszyny), tj. od 5*32=160A do 10*32+320, oznacza to, że nasza maszyna zapewni natychmiastowe rozłączenie obwodu już przy prądach 160 - 320 A.

4. Wybór wyłącznika

Wybór maszyny odbywa się według następujących kryteriów:

— Według liczby biegunów: jedno- i dwubiegunowe stosuje się w sieciach jednofazowych, trój- i czterobiegunowe - w sieciach trójfazowych.

— Według napięcia znamionowego: Napięcie znamionowe wyłącznika musi być większe lub równe napięciu znamionowemu obwodu, który zabezpiecza:

Unie m. AB⩾ Unie m. sieci

— Według prądu znamionowego:Wymagany prąd znamionowy wyłącznika można określić na jeden z czterech sposobów:

1. Z pomocą naszych.
2. Z pomocą naszych.
3. Korzystając z poniższej tabeli:

1. Oblicz samodzielnie, korzystając z następującej metody:

Prąd znamionowy wyłącznika musi być większy lub równy prądowi znamionowemu obwodu, który chroni, tj. prąd, dla którego zaprojektowano tę sieć elektryczną:

Inie m. AB⩾ Ioblicz. sieci

Obliczony prąd sieci elektrycznej (sieć znamionowa I) można określić za pomocą naszego lub można go obliczyć samodzielnie, korzystając ze wzoru:

Ioblicz. sieci= Psieci/(Sieć U *K)

gdzie: sieć P - moc sieci, wat; sieć U - napięcie sieciowe (220V lub 380V); K - współczynnik (dla sieci jednofazowej: K=1; dla sieci trójfazowej: K=1,73).

Moc sieci definiuje się jako sumę mocy wszystkich odbiorników elektrycznych w domu:

Psieci=(P 1 + P 2 …+ P. n)*K s

Gdzie: P1, P2, Pn— moc poszczególnych odbiorników elektrycznych; Ks— współczynnik zapotrzebowania (K c = od 0,65 do 0,8) w przypadku, gdy do sieci K c = 1 podłączony jest tylko 1 odbiornik mocy lub grupa odbiorników energii jednocześnie podłączonych do sieci.

Jako moc sieciową można też przyjąć maksymalną moc dopuszczoną do wykorzystania np. z warunków technicznych, projektu lub umowy na dostawę prądu, jeśli taka istnieje.

Po obliczeniu prądu sieciowego bierzemy najbliższy większy standardowa wartość prądu znamionowego maszyny: 4A, 5A, 6A, 8A, 10A, 13A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A itd.

UWAGA: Oprócz metody opisanej powyżej można uprościć obliczenia wyłącznika, do tego potrzebne są:

1. Określ moc sieci w kilowatach (1 kilowat = 1000 wat) korzystając ze wzoru podanego powyżej:

Sieć P =(P 1 + P 2 ...+ P n)*K s, kW

2. Określ prąd sieciowy, mnożąc obliczoną moc sieci przez współczynnik konwersji ( K. str) równy: 1,52 -dla sieci 380 Volt lub 4,55 — dla sieci 220 V:

Isieci= Psieci*K str, Amper

3. To wszystko. Teraz, podobnie jak w poprzednim przypadku, zaokrąglamy wynikową wartość prądu sieciowego do najbliższej wyższej wartości standardowej prądu znamionowego maszyny.

I na zakończenie wybierz charakterystykę odpowiedzi(patrz tabela charakterystyk powyżej). Na przykład, jeśli musimy zainstalować wyłącznik automatyczny, aby chronić instalację elektryczną całego domu, wybieramy charakterystykę „C”; jeśli oświetlenie elektryczne i grupa gniazd są podzielone na dwa różne wyłączniki, wówczas do oświetlenia możemy zainstalować a wyłącznik automatyczny o charakterystyce „B”, a dla gniazd - o charakterystyce „C”, jeśli potrzebujesz wyłącznika do ochrony silnika elektrycznego, wybierz charakterystykę „D”.

Oto przykład obliczenia: Znajduje się dom w którym znajdują się następujące pantografy:

• Pralka o mocy 800 watów (W) (co odpowiada 0,8 kW)
• Kuchenka mikrofalowa - 1200W
• Piekarnik elektryczny - 1500 W
• Lodówka - 300 W
• Komputer – 400 W
• Czajnik elektryczny - 1200W
• Telewizor - 250W
• Oświetlenie elektryczne - 360 W

Napięcie sieciowe: 220 Volt

Przyjmijmy, że współczynnik popytu wynosi 0,8

Wtedy moc sieci będzie równa:

10

Bezpiecznik to urządzenie elektryczne chroniące sieć elektryczną przed sytuacjami awaryjnymi związanymi z parametrami prądu (prąd, napięcie) przekraczającymi określone limity. Najprostszym bezpiecznikiem jest wkładka bezpiecznikowa.

Jest to urządzenie podłączone szeregowo do obwodu chronionego. Gdy tylko prąd w obwodzie przekroczy ustaloną wartość, drut topi się, styk otwiera się, a chroniona część obwodu pozostaje nieuszkodzona. Wadą tej metody ochrony jest to, że urządzenie ochronne jest jednorazowe. Spalony - do wymiany.

Urządzenie przerywające obwód

Podobny problem rozwiązuje się za pomocą tzw. wyłączników automatycznych (AB). W przeciwieństwie do bezpieczników jednorazowych, automaty są urządzeniami dość złożonymi, przy ich wyborze należy wziąć pod uwagę kilka parametrów.

Są one również połączone szeregowo w obwodzie. Kiedy prąd wzrasta, wyłącznik przerywa obwód. Wyłączniki automatyczne produkowane są w szerokiej gamie konstrukcji i o różnych parametrach. Najpopularniejsze obecnie maszyny to maszyny do montażu na szynie DIN (rys. 1).

Karabiny szturmowe AP-50 (ryc. 3-5) i wiele innych są powszechnie znane z czasów radzieckich. Maszyny produkowane są z liczbą biegunów (linii do podłączenia) od jednego do czterech. Jednocześnie wyłączniki dwu- i czterobiegunowe mogą obejmować nie tylko chronione, ale także niezabezpieczone grupy styków, które zwykle służą do przerywania przewodu neutralnego.

Skład i struktura AB

Większość wyłączników automatycznych obejmuje:

• mechanizm sterowania ręcznego (służy do ręcznego włączania i wyłączania maszyny);
• urządzenie przełączające (zestaw styków ruchomych i nieruchomych);
• urządzenia do gaszenia łuku (siatka z blach stalowych);
• wydania.

Urządzenia do gaszenia łuku zapewniają wygaszenie i przedmuch łuku, który powstaje w wyniku otwarcia styków, przez które przechodzi przetężenie (ryc. 2)

Zwolnienie to urządzenie (część maszyny lub urządzenie dodatkowe) połączone mechanicznie z mechanizmem AB i zapewniające rozwarcie jego styków.

Wyłącznik automatyczny zawiera zwykle dwa wyzwalacze.

Wersja pierwsza - reaguje na długotrwałe, ale niewielkie przeciążenia sieci (wyzwalanie termiczne). Zwykle urządzenie to opiera się na płycie bimetalicznej, która pod wpływem przepływającego przez nią prądu stopniowo nagrzewa się i zmienia swoją konfigurację. W końcu naciska mechanizm ustalający, który zwalnia i otwiera styk sprężynowy.

Drugie wydanie to tzw. „elektromagnetyczne”. Zapewnia szybką reakcję AV na zwarcie. Strukturalnie wyzwalacz ten jest elektromagnesem, wewnątrz którego cewki znajduje się sprężynowy rdzeń z kołkiem opartym na ruchomym styku mocy.

Uzwojenie jest połączone szeregowo. Podczas zwarcia prąd w nim gwałtownie wzrasta, przez co wzrasta strumień magnetyczny. W tym przypadku opór sprężyny zostaje pokonany, a rdzeń otwiera styk.

Parametry AB

Pierwszym parametrem jest napięcie znamionowe. Automaty produkowane są wyłącznie na prąd stały oraz na prąd przemienny i stały. Wyłączniki prądu stałego do ogólnego użytku są dość rzadkie. W sieciach domowych i przemysłowych AV są używane głównie do prądu przemiennego i stałego. Najczęściej stosuje się AV o napięciu znamionowym 400 V, 50 Hz.

Drugim parametrem jest prąd znamionowy (In). Jest to prąd roboczy, który maszyna przepuszcza przez siebie w trybie długotrwałym. Typowy zakres wartości znamionowych (w amperach) to 6-10-16-20-25-32-40-50-63.

Trzecim parametrem jest zdolność wyłączania, ostateczna zdolność przełączania (UCC). Jest to maksymalny prąd zwarciowy, przy którym maszyna może otworzyć obwód bez zniszczenia. Zwykła seria wartości paszportowych PKS (w kiloamperach) wynosi 4,5-6-10. Przy napięciu 220 V odpowiada to rezystancji sieci (R=U/I) wynoszącej 0,049 oma, 0,037 oma, 0,022 oma.

Z reguły rezystancja domowych przewodów elektrycznych może osiągnąć 0,5 oma, prąd zwarciowy o wartości 10 kA jest możliwy tylko w bezpośrednim sąsiedztwie podstacji elektrycznej. Dlatego najpopularniejsze PKS to 4,5 lub 6 kA. Wyłączniki PKS 10 kA stosowane są głównie w sieciach przemysłowych.

Czwartym parametrem charakteryzującym AB jest prąd nastawczy (nastawa) wyzwalacza termicznego. Parametr ten dla różnych maszyn waha się od 1,13 do 1,45 prądu znamionowego. Zauważyliśmy, że po przekroczeniu prądu znamionowego gwarantowana jest długotrwała praca obwodu z AV.

Ustawienie wyzwalacza termicznego jest większe od wartości nominalnej; to rzeczywisty prąd osiągający ustawioną wartość spowoduje wyłączenie maszyny. Należy zauważyć, że automaty z okresu radzieckiego umożliwiają ręczną regulację ustawienia zabezpieczenia termicznego (ryc. 5). Dostęp do śruby regulacyjnej nie jest możliwy w maszynach montowanych na szynie DIN.

Piątym parametrem wyłącznika jest prąd nastawczy wyzwalacza elektromagnetycznego. Parametr ten określa wielokrotność nadmiaru prądu znamionowego, przy którym AV będzie działać niemal natychmiast, reagując na zwarcie.

Ważną cechą maszyny jest zależność czasu odpowiedzi od prądu (ryc. 6). Zależność ta składa się z dwóch stref. Pierwszy to obszar odpowiedzialności za ochronę termiczną. Jego cechą szczególną jest stopniowe zmniejszanie czasu potrzebnego na przepływ prądu przed wyłączeniem. Jest to zrozumiałe - im wyższy prąd, tym szybciej płyta bimetaliczna nagrzewa się i styk otwiera się.

Jeśli prąd jest bardzo duży (zwarcie), wyzwalacz elektromagnetyczny zostaje uruchomiony niemal natychmiast (w ciągu 5–20 ms). To druga strefa na naszym wykresie.

Zgodnie z ustawieniem wyzwalacza elektromagnetycznego wszystkie automaty dzielą się na kilka typów:

• A Przede wszystkim do ochrony obwodów elektronicznych i obwodów dalekobieżnych;
• B Do konwencjonalnych obwodów oświetleniowych;
• C Do obwodów o umiarkowanych prądach rozruchowych (silniki i transformatory sprzętu AGD);
• D Do obwodów o dużych obciążeniach indukcyjnych, do przemysłowych silników elektrycznych;
• K Do obciążeń indukcyjnych;
• Z Do urządzeń elektronicznych.

Najpopularniejsze to B, C i D.

Charakterystyka B - stosowana w sieciach ogólnego przeznaczenia, zwłaszcza tam, gdzie konieczne jest zapewnienie selektywności zabezpieczeń. Wyzwalacz elektromagnetyczny jest skonfigurowany do działania przy stosunku prądu 3 do 5 w stosunku do wartości nominalnej.

Przy podłączaniu czysto aktywnych obciążeń (żarówki, grzejniki...) prądy rozruchowe są prawie równe prądom roboczym. Jednak podczas podłączania silników elektrycznych (nawet lodówek i odkurzaczy) prądy rozruchowe mogą być znaczne i powodować nieprawidłowe działanie maszyny o danej charakterystyce.

Najczęściej spotykane są automaty o charakterystyce C. Są dość czułe, a jednocześnie nie dają fałszywych alarmów przy uruchamianiu silników sprzętu AGD. Taki przełącznik działa przy 5-10-krotności wartości nominalnej. Takie maszyny są uważane za uniwersalne i są używane wszędzie, w tym w obiektach przemysłowych.

Charakterystyka D to ustawienie wyzwalacza elektromagnetycznego dla 10 - 14 prądów znamionowych. Zazwyczaj takie wartości są potrzebne przy stosowaniu silników asynchronicznych. Z reguły wyłączniki o charakterystyce D stosowane są w wykonaniu trzy- lub czterobiegunowym do ochrony sieci przemysłowych.

Używając razem wyłączników, należy rozumieć koncepcję ochrony selektywnej. Konstrukcja zabezpieczeń selektywnych zapewnia zadziałanie wyłączników znajdujących się bliżej miejsca wypadku, natomiast wyłączniki o większej mocy, położone bliżej źródła napięcia, nie powinny zadziałać. Aby to osiągnąć, bliżej konsumentów instaluje się bardziej czułe i szybko działające maszyny.

AB jest elektrycznym urządzeniem przełączającym przeznaczonym do przewodzenia prądu w obwodzie w trybie normalnym oraz do automatycznego wyłączania instalacji elektrycznych w przypadku przeciążeń i prądów zwarciowych, nadmiernych spadków napięcia i innych stanów awaryjnych. Urządzenia można stosować do sporadycznego (6-30 razy dziennie) operacyjnego włączania i wyłączania obwodów. Ich zastosowanie jest możliwe w sieciach do 1 kV.

AB są wykonane w wersji jedno-, dwu-, trzy- i czterobiegunowej. Aby spełniać funkcje ochronne, wyłączniki są wyposażone w wyzwalacze termiczne (ochrona przed prądami przeciążeniowymi), elektromagnetyczne (ochrona przed prądami zwarciowymi) lub kombinowane (termiczne i elektromagnetyczne). Działanie wyzwalaczy termicznych automatów polega na zastosowaniu nagrzewania płyty bimetalicznej wykonanej ze złącza dwóch metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej. W wyzwalaczu o prądzie przekraczającym prąd obliczeniowy, dla którego został dobrany, jedna z płytek pod wpływem nagrzania ulega większemu wydłużeniu i przez swoje większe wydłużenie oddziałuje na mechanizm sprężyny wyłączającej. W rezultacie otwiera się urządzenie przełączające maszyny. Wyzwalacz ten charakteryzuje się dużą bezwładnością cieplną, dlatego nie jest w stanie chronić linii zasilającej ani silnika asynchronicznego przed prądami zwarciowymi. Te. Czas trwania prądów zwarciowych jest znacznie krótszy niż czas reakcji wyzwalacza termicznego.

Wyzwalacz elektromagnetyczny to elektromagnes działający na mechanizm wyzwalający sprężynę. Jeżeli prąd w cewce przekroczy określoną wartość (prąd pracy), wyzwalacz elektromagnetyczny natychmiastowo wyłączy linię. Ustawienie wyzwalacza na dany prąd roboczy nazywa się ustawieniem bieżącym. Bieżące ustawienie wyzwalacza elektromagnetycznego dla działania natychmiastowego nazywa się odcięciem. W zależności od obecności mechanizmów regulujących czas zadziałania wyzwalaczy, AV dzielą się na nieselektywne o czasie działania 0,02...0,1 s, selektywne z regulowanym opóźnieniem czasowym i ograniczające prąd o czasie działania nie większym niż 0,005 s.

AB produkowane są z napędem ręcznym, elektromagnetycznym i silnikowym, w wersji stacjonarnej lub chowanej.

Układ styków AB dla dużych prądów jest dwustopniowy i składa się ze styków głównych i gaszących łuk. Główne styki muszą mieć niską rezystancję styku, ponieważ przepływa przez nie główny prąd.

Ogólne urządzenie AB:

1 – obudowa plastikowa z pokrywą lub bez; 2 – styki główne (ruchome i stałe); 3 – komory do gaszenia łuku (2 policzki światłowodowe i rząd płyt miedzianych); 4 – mechanizm swobodnego zwalniania; 5 – zwolnienia; 6 – napęd; 7 – sprężyna rozłączająca; 8 – styki pomocnicze.

14. Przeznaczenie, ogólna konstrukcja, zasada działania i rodzaje bezpieczników dla napięć do 1 kV

Bezpiecznik to elektryczne urządzenie przełączające, którego zadaniem jest rozłączenie chronionego obwodu poprzez zniszczenie specjalnie zaprojektowanych do tego celu części pod napięciem pod wpływem prądu przekraczającego określoną wartość.

W większości bezpieczników rozłączenie obwodu polega na stopieniu wkładki bezpiecznikowej, która nagrzewa się pod wpływem przepływającego przez nią prądu chronionego obwodu. Im większy przepływ prądu, tym krótszy czas topienia wkładki bezpiecznikowej. Zależność ta nazywana jest charakterystyką ochronną bezpiecznika. Aby skrócić czas reakcji bezpiecznika, stosuje się bezpieczniki wykonane z różnych materiałów (cynk, miedź, aluminium, ołów i srebro), stosuje się specjalne kształty, a także wykorzystuje się efekt metalurgiczny.

Przy prądach zwarciowych wąskie obszary topnienia, na skutek słabego odprowadzania z nich ciepła w porównaniu z czasem nagrzewania, wypalają się, zanim prąd zwarciowy osiągnie wartość stanu ustalonego (w obwodach prądu stałego) lub udaru (w obwodach prądu przemiennego). Te. bezpieczniki mają działanie ograniczające prąd, w którym prąd zwarciowy jest ograniczony do wartości I GGR (2-5 razy).

Głównymi elementami bezpiecznika są: korpus, wkładka bezpiecznikowa (element topikowy), część stykowa, urządzenie do gaszenia łuku i środek gaśniczy łuku.

Bezpieczniki produkowane są na napięcia 36, ​​220, 380, 660 V AC oraz 24, 110, 220, 440 V DC. Elementy bezpiecznikowe dla różnych prądów znamionowych można włożyć do tego samego korpusu bezpiecznika.

Wkładki bezpiecznikowe wytrzymują prądy przekraczające ich prądy znamionowe o 30-50% przez jeden okres lub dłużej. Po przekroczeniu 60-100% topią się w czasie krótszym niż godzina.

Typy bezpieczników:

Typ luzem PN-2. Służą do ochrony obwodów zasilających do 500 V AC i 440 V DC. Wykonywane są na prądy znamionowe 100-600 A. Jest to prostokątna rurka porcelanowa, wypełniona wewnątrz suchym piaskiem kwarcowym. Łącznik topliwy jest przyspawany do podkładek noży kontaktowych. Zaślepki z uszczelkami azbestowymi hermetycznie zamykają rurę. Wkładka bezpiecznikowa - paski miedziane z wycięciami i kroplami cyny pośrodku.

Bezpieczniki NPN są podobne do PN, ale mają nierozdzielną szklaną wkładkę bez ostrza stykowego i są przeznaczone dla prądów do 63 A. Wkładka topikowa to drut miedziany z kroplą cyny.

Bezpieczniki typu PR-2, które wytwarzają do 1000 A i są składane. Kompozycja zawiera wkład włóknisty, a działanie temperatury na niego powoduje intensywne wygaszanie łuku przez emisję gazów z materiału wkładu. Wkładka bezpiecznikowa to blacha cynkowa ze zwężeniami.

Bezpieczniki serii PP-31 z wkładkami aluminiowymi na prądy znamionowe 63-1000 A przeznaczone są do zastąpienia bezpieczników serii PN-2.

Od samego początku pojawienia się elektryczności inżynierowie zaczęli myśleć o bezpieczeństwie sieci i urządzeń elektrycznych przed przeciążeniami prądowymi. W rezultacie zaprojektowano wiele różnych urządzeń, które wyróżniają się niezawodną i wysokiej jakości ochroną. Jednym z najnowszych osiągnięć są automaty elektryczne.

Urządzenie to nazywane jest automatycznym, gdyż posiada funkcję wyłączania zasilania w trybie automatycznym w przypadku wystąpienia zwarć lub przeciążeń. Konwencjonalne bezpieczniki należy po zadziałaniu wymienić na nowe, a wyłączniki można ponownie włączyć po usunięciu przyczyn wypadku.

Takie urządzenie zabezpieczające jest konieczne w każdym obwodzie sieci elektrycznej. Wyłącznik automatyczny ochroni budynek lub lokal przed różnymi sytuacjami awaryjnymi:

• Pożary.
• Porażenie prądem osoby.
• Błędy w okablowaniu elektrycznym.

Rodzaje i cechy konstrukcyjne

Aby podczas zakupu prawidłowo dobrać odpowiednie urządzenie, konieczna jest znajomość istniejących typów wyłączników. Istnieje klasyfikacja maszyn elektrycznych według kilku parametrów.

Zdolność łamania

Ta właściwość określa prąd zwarciowy, przy którym maszyna otworzy obwód, wyłączając w ten sposób sieć i urządzenia podłączone do sieci. Ze względu na tę właściwość maszyny dzielą się na:

• Wyłączniki automatyczne 4500 amperów służą do zapobiegania awariom w liniach energetycznych starszych budynków mieszkalnych.
• Przy natężeniu 6000 amperów służą do zapobiegania wypadkom podczas zwarć w sieci domów w nowych budynkach.
• Przy 10 000 amperów, stosowany w przemyśle do ochrony instalacji elektrycznych. Prąd tej wielkości może wystąpić w bezpośrednim sąsiedztwie podstacji.

Wyłącznik wyłącza się w przypadku zwarcia, któremu towarzyszy pojawienie się określonej ilości prądu.

Maszyna chroni przewody elektryczne przed uszkodzeniem izolacji przez wysoki prąd.

Liczba słupów

Ta właściwość mówi nam o największej liczbie przewodów, które można podłączyć do maszyny w celu zapewnienia ochrony. W razie wypadku napięcie na tych biegunach zostaje wyłączone.

Cechy maszyn z jednym biegunem

Takie wyłączniki elektryczne są najprostsze w konstrukcji i służą do ochrony poszczególnych odcinków sieci. Do takiego wyłącznika można podłączyć dwa przewody: wejściowy i wyjściowy.

Celem takich urządzeń jest ochrona przewodów elektrycznych przed przeciążeniami i zwarciami przewodów. Przewód neutralny jest podłączony do szyny neutralnej, omijając maszynę. Uziemienie podłącza się oddzielnie.

Maszyny elektryczne z jednym biegunem nie są wprowadzane, ponieważ po jego odłączeniu faza zostaje zerwana, a przewód neutralny nadal pozostaje podłączony do źródła zasilania. Nie zapewnia to 100% ochrony.

Właściwości maszyn dwubiegunowych

W przypadkach, gdy sytuacja awaryjna wymaga całkowitego odłączenia od sieci elektrycznej, stosuje się wyłączniki dwubiegunowe. Używa się ich jako wprowadzających. W sytuacjach awaryjnych lub w przypadku zwarcia wszystkie przewody elektryczne są jednocześnie wyłączane. Umożliwia to wykonywanie prac naprawczych i konserwacyjnych, a także wykonywanie prac przy podłączaniu sprzętu, ponieważ gwarantuje się całkowite bezpieczeństwo.

Dwubiegunowe wyłączniki elektryczne stosuje się, gdy konieczne jest posiadanie osobnego wyłącznika dla urządzenia pracującego w sieci 220 V.

Maszyna dwubiegunowa jest podłączona do urządzenia za pomocą czterech przewodów. Z tego dwa pochodzą z zasilacza, a dwa pozostałe z niego.

Trójbiegunowe wyłączniki elektryczne

W sieci elektrycznej trójfazowej stosuje się wyłączniki 3-biegunowe. Uziemienie pozostaje niezabezpieczone, a przewody fazowe są podłączone do biegunów.

Trójbiegunowy wyłącznik automatyczny służy jako urządzenie wejściowe dla dowolnych odbiorników obciążenia trójfazowego. Najczęściej ta wersja maszyny wykorzystywana jest w warunkach przemysłowych do zasilania silników elektrycznych.

Do maszyny można podłączyć 6 przewodów, z czego trzy stanowią fazy sieci elektrycznej, a pozostałe trzy wychodzą z maszyny i są zabezpieczone.

Korzystanie z czterobiegunowego wyłącznika automatycznego

Aby zapewnić ochronę sieci trójfazowej z czteroprzewodowym układem przewodów (na przykład silnik elektryczny połączony w obwód gwiazdy), stosuje się 4-biegunowy wyłącznik automatyczny. Pełni rolę urządzenia wejściowego dla sieci czteroprzewodowej.

Do urządzenia można podłączyć osiem przewodów. Z jednej strony trzy fazy i zero, z drugiej strony wyjście trzech faz z zerem.

Charakterystyka czasowo-prądowa

Kiedy urządzenia pobierające energię elektryczną i sieć elektryczna działają normalnie, prąd przepływa normalnie. Zjawisko to dotyczy również maszyn elektrycznych. Jeśli jednak z różnych powodów prąd wzrośnie powyżej wartości znamionowej, wyłącznik zostanie uruchomiony i obwód zostanie przerwany.

Parametr tej operacji nazywany jest charakterystyką czasowo-prądową maszyny elektrycznej. Jest to zależność czasu pracy maszyny i relacji pomiędzy rzeczywistym prądem przepływającym przez maszynę a wartością prądu znamionowego.

Znaczenie tej cechy polega na tym, że z jednej strony zapewnia ona najmniejszą liczbę fałszywych alarmów, a z drugiej zapewnia ochronę prądową.

W energetyce zdarzają się sytuacje, w których krótkotrwały wzrost prądu nie jest związany ze stanem awaryjnym, a zabezpieczenie nie powinno zadziałać. To samo dzieje się z maszynami elektrycznymi.

Charakterystyka czasowo-prądowa określa, po jakim czasie zadziała zabezpieczenie i jakie parametry prądu wystąpią.

Maszyny elektryczne oznaczone literą „B”

Wyłączniki automatyczne posiadające właściwość oznaczoną literą „B” potrafią wyłączyć się w czasie 5–20 s. W tym przypadku wartość prądu wynosi maksymalnie 5 wartości prądu znamionowego. Takie modele maszyn służą do ochrony urządzeń gospodarstwa domowego, a także całej instalacji elektrycznej mieszkań i domów.

Właściwości maszyn oznaczonych „C”

Maszyny elektryczne posiadające to oznaczenie mogą wyłączać się w odstępach czasu 1–10 s przy 10-krotności bieżącego obciążenia. Takie modele są stosowane w wielu obszarach, najbardziej popularne w domach, mieszkaniach i innych lokalach.

Znaczenie oznaczenia ”D” w trybie automatycznym

Automaty tej klasy znajdują zastosowanie w przemyśle i produkowane są w wersji 3- i 4-biegunowej. Służą do ochrony potężnych silników elektrycznych i różnych urządzeń trójfazowych. Czas ich działania wynosi do 10 sekund, natomiast prąd pracy może 14-krotnie przekroczyć wartość znamionową. Dzięki temu można go używać z niezbędnym skutkiem do ochrony różnych obwodów.

Silniki elektryczne o dużej mocy najczęściej łączone są poprzez maszyny elektryczne o charakterystyce „D”.

Prąd znamionowy

Istnieje 12 wersji maszyn, które różnią się charakterystyką znamionowego prądu roboczego od 1 do 63 amperów. Ten parametr określa prędkość, z jaką maszyna wyłącza się po osiągnięciu aktualnej wartości granicznej.

Na podstawie tej właściwości dobiera się maszynę biorąc pod uwagę przekrój żył drutu i dopuszczalny prąd.

Zasada działania maszyn elektrycznych

Tryb normalny

Podczas normalnej pracy maszyny dźwignia sterująca jest napięta, prąd przepływa przez przewód zasilający na górnym zacisku. Następnie prąd płynie do styku nieruchomego, przez niego do styku ruchomego i giętkim przewodem do cewki elektromagnesu. Następnie prąd przepływa przez drut do bimetalicznej płytki wyzwalacza. Z niego prąd przepływa do dolnego zacisku i dalej do obciążenia.

Tryb przeciążenia

Ten tryb występuje w przypadku przekroczenia prądu znamionowego maszyny. Płytka bimetaliczna nagrzewa się pod wpływem wysokiego prądu, wygina się i otwiera obwód. Działanie płytki wymaga czasu, który zależy od wartości przepływającego prądu.

Wyłącznik automatyczny jest urządzeniem analogowym. Istnieją pewne trudności w jego skonfigurowaniu. Prąd zadziałania wyzwalacza jest regulowany fabrycznie za pomocą specjalnej śruby regulacyjnej. Po ostygnięciu płyty maszyna może ponownie działać. Temperatura paska bimetalicznego zależy od środowiska.

Wyzwalacz nie działa natychmiast, umożliwiając powrót prądu do wartości znamionowej. Jeśli prąd nie zmniejszy się, wyzwalacz wyłączy się. Przeciążenie może wystąpić z powodu wydajnych urządzeń na linii lub podłączenia kilku urządzeń jednocześnie.

Tryb zwarcia

W tym trybie prąd rośnie bardzo szybko. Pole magnetyczne w cewce elektromagnesu porusza rdzeń, który aktywuje wyzwalacz i rozłącza styki zasilacza, usuwając w ten sposób awaryjne obciążenie obwodu i chroniąc sieć przed możliwym pożarem i zniszczeniem.

Wyzwolenie elektromagnetyczne działa natychmiastowo, co różni się od wyzwolenia termicznego. Po otwarciu styków obwodu roboczego pojawia się łuk elektryczny, którego wielkość zależy od prądu w obwodzie. Powoduje zniszczenie kontaktów. Aby zapobiec temu negatywnemu efektowi, wykonuje się komorę łukową, która składa się z równoległych płyt. W nim łuk zanika i znika. Powstałe gazy są odprowadzane do specjalnego otworu.

Wyłączniki automatyczne to urządzenia przeznaczone do ochronnego wyłączania obwodów prądu stałego i przemiennego w przypadku zwarcia, przeciążenia prądu, spadku lub zaniku napięcia. W przeciwieństwie do bezpieczników, przełączniki automatyczne mają dokładniejszy prąd wyłączania, mogą być używane wielokrotnie, a także w konstrukcji trójfazowej, gdy zadziała bezpiecznik, jedna z faz (jedna lub dwie) może pozostać pod napięciem, co jest również trybem awaryjnym pracy (zwłaszcza przy zasilaniu silników elektrycznych trójfazowych).

Wyłączniki automatyczne są klasyfikowane według funkcji, jakie pełnią, takich jak:

• Minimalny i maksymalny prąd maszyn;
• Wyłączniki automatycznego napięcia minimalnego;
• Moc wsteczna;

Przyjrzymy się zasadzie działania wyłącznika na przykładzie wyłącznika nadprądowego. Jego schemat pokazano poniżej:

Gdzie: 1 – elektromagnes, 2 – zwora, 3, 7 – sprężyny, 4 – oś, wzdłuż której porusza się zwora, 5 – zatrzask, 6 – dźwignia, 8 – styk mocy.

Gdy przepływa prąd znamionowy, system działa normalnie. Gdy tylko prąd przekroczy dopuszczalną wartość nastawy, połączony szeregowo z obwodem elektromagnes 1 pokona siłę sprężyny ograniczającej 3 i cofnie zworę 2, a obracając się przez oś 4, zatrzask 5 zwolni dźwignię 6 Następnie sprężyna wyłączająca 7 otworzy styki mocy 8. Taka maszyna jest włączana ręcznie.

Obecnie stworzono automaty, które mają czas wyłączenia 0,02 - 0,007 s dla prądów wyłączenia 3000 - 5000 A.

Projekty wyłączników

Istnieje sporo różnych konstrukcji wyłączników automatycznych dla obwodów prądu przemiennego i stałego. W ostatnim czasie bardzo popularne stały się małogabarytowe wyłączniki automatyczne, które przeznaczone są do ochrony przed zwarciami i przeciążeniami prądowymi sieci domowych i przemysłowych w instalacjach o prądach do 50 A i napięciach do 380 V.

Głównym wyposażeniem ochronnym takich przełączników są elementy bimetaliczne lub elektromagnetyczne, które po podgrzaniu działają z pewnym opóźnieniem czasowym. Automaty zawierające elektromagnes charakteryzują się dość dużą prędkością roboczą, a ten czynnik jest bardzo ważny w przypadku zwarć.

Poniżej pokazano maszynę korkową o prądzie 6 A i napięciu nieprzekraczającym 250 V:

Gdzie: 1 – elektromagnes, 2 – płytka bimetaliczna, 3, 4 – odpowiednio przyciski włączania i wyłączania, 5 – zwalniacz.

Płytka bimetaliczna, podobnie jak elektromagnes, jest połączona szeregowo z obwodem. Jeżeli przez wyłącznik przepływa prąd większy niż znamionowy, płyta zaczyna się nagrzewać. Kiedy nadmiar prądu płynie przez dłuższy czas, płytka 2 ulega odkształceniu na skutek nagrzania i wpływa na mechanizm zwalniający 5. Jeśli w obwodzie nastąpi zwarcie, elektromagnes 1 natychmiast cofnie rdzeń, wpływając w ten sposób również na zwolnienie, co spowoduje otworzyć obwód. Również tego typu maszyny wyłącza się ręcznie naciskając przycisk 4, a włącza jedynie ręcznie naciskając przycisk 3. Mechanizm zwalniający wykonany jest w postaci dźwigni lub zatrzasku zrywającego. Schemat obwodu maszyny pokazano poniżej:

Gdzie: 1 – elektromagnes, 2 – płytka bimetaliczna.

Zasada działania wyłączników trójfazowych praktycznie nie różni się od wyłączników jednofazowych. Wyłączniki trójfazowe wyposażane są w specjalne komory łukowe lub cewki, w zależności od mocy urządzeń.

Poniżej znajduje się film szczegółowo opisujący działanie wyłącznika: