Автоматический трехполюсный выключатель: устройство, принцип работы

Электрическое оборудование стабильно работает в штатном режиме при условии обеспечения номинальных параметров тока в сети. Но при коротком замыкании или в результате перегрузки сети возникает угроза разрушения электропроводки, создаются условия для выхода из строя электроприборов. Для защиты проводки и электрооборудования в трехфазных сетях, применяют автоматический трехполюсный выключатель, обеспечивающий безопасность локальных цепей.

Это коммутационное устройство может отключать номинальные токи в ручном режиме или автоматически разрывать перегруженные либо аварийные линии. Особенность работы трёхполюсного выключателя в том, что он одновременно коммутирует все три фазы, что очень важно для защиты электромоторов. В отличие от плавкой вставки, трёхполюсники рассчитаны на многократное срабатывание и обладают стабильностью уставки, заложенной в конструкции прибора.

Содержание

1. Устройство
2. Механизмы расцепления
3. Принцип работы
4. Технические характеристики
5. Область применения
6. Видео по теме

Устройство

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.

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).

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.

Механизмы расцепления

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.

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.

Принцип работы

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.

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.

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.

Технические характеристики

График на рисунке 4 прекрасно иллюстрирует критичные характеристики выключателей типов B, C, D.

Обратите внимание на зоны защиты от перегрузок и от КЗ. Зона B характерна для выключателей, применяемых в защите линий освещения или очень протяжённых линий.  Отключение происходит в течение 7 – 15 секунд, при достижении током величины, кратной номинальному: от 3·I_n до 5·I_n,где I_n – номинальный ток.

В зоне C тепловая защита сработает в течение 0,5 – 1,5 с, при достижении нагрузки от 5·I_n до 10·I_n. Применяется в линиях с умеренными пусковыми токами.

Зона D – Это уже электромагнитная защита от КЗ. Время отключения 0,01 – 0,02 с.

Промышленные автоматы типа Z, L, K, имеют параметры теплового отключения от 8·I_n до 12 ·I_n.

Приводим таблицу основных характеристик некоторых типов трёхполюсных автоматических выключателей серии А3700.

*ПКС – предельное значение тока, с которым выключатель может справиться несколько раз.

**ОПКС – критическая величина тока, отсекаемого автоматическим выключателем  не более 1 раза.

Область применения

Основное назначение автоматических трёхполюсных выключателей – защита электрических линий от перегрузок и КЗ, а также трёхфазного электрооборудования. Массовое применение автоматы нашли на производстве, где используются различные станки и прочее оборудование с электроприводом.

В бытовых электросетях выключатели применяются реже, так как в основном используется однофазная сеть. Но если кто-то пользуется трёхфазной сетью, то для защиты проводки целесообразно применять трёхполюсные выключатели модульной конструкции. Такие устройства компактные, надёжные, имеют удобное крепление.

Видео по теме