МОДУЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Современные аппараты, применяемые в электроустановках зданий и сооружений и выпускаемые различными фирмами, являются взаимозаменяемыми, благодаря унификации габаритных и установочных размеров, а также способов монтажа. Благодаря такой унификации появилась возможность унифицировать также основные элементы распределительных щитков и шкафов.

Аппараты и приборы модульного исполнения имеют ширину, кратную 18мм. В мировой практике эта величина обозначается как 1ТЕ. В ряде случаев допускается кратность 9мм (0.5ТЕ). Профиль модульного аппарата имеет вид, показанный на рис. 13.1. В тыльной части корпуса имеется фигурный паз, в нижней боковой стороне которого располагается металлическая или пластиковая защелка. Такая конструкция позволяет легко производить монтаж и демонтаж аппарата на специальной рейке (рис. 13.2).

Рисунок 13.1. Профиль модуля

а б в

Рисунок 13.2 – Монтаж модульного аппарата:

а – монтажная рейка; б – монтаж аппарата; в – демонтаж аппарата

Питающая сеть подключается, как правило, к нижним выводам аппаратов, а групповые сети – к верхним выводам. В связи с этим нижние и верхние выводы отличаются конструктивно. Верхние выводы предназначены только для подключения проводников-штырей. Нижние выводы предоставляют два варианта присоединения проводников: при помощи лифт-зажимов либо вилок. К лифт-зажимам обычно присоединяют подводящие проводники сечением до 35мм². К вилочным зажимам – вилки сборных шин (рис. 13.3).

Электрические соединения в схемах распределительных устройств с аппаратами модульного исполнения выполняют либо медными проводниками либо при помощи специальных присоединительных зажимов (рис. 13.4) и сборных шин (рис. 13.5). Сборные шины выпускаются в штыревого и вилочного типа и могут быть запитаны как в начале, так и в середине шины. В последнем случае суммарная токовая нагрузка шины увеличивается примерно вдвое.

Рисунок 13.3 - Способы присоединения

Рисунок 13.4 – Штыревой и вилочный зажим

Рис. 5. Конструкция сборных шин штыревого и вилочного типа:

1 – контакты; 2 – изоляционная обойма; 3 – изоляционные торцовые крышки

Благодаря модульной конструкции аппаратов и применению соответствующего оснащения существенно повышается производительность труда при монтаже. На рис. 13.6 показано, как осуществляются электрические соединения в устройствах с модульными электрическими аппаратами с помощью сборных (соединительных) шин.

Рисунок 13.6 – Электрические соединения в устройствах с модульными аппаратами: 1 – автоматические выключатели; 2 – подводящие проводники; 3 – сборные шины

КОНСТРУКЦІЯ МОДУЛЬНОГО АВТОМАТИЧНОГО ВИМИКАЧА

Автоматичні вимикачі на номінальний струм до 63 А часто називають установочними. У зарубіжній технічній літературі для їх позначення використовується абревіатура МСВ – miniature circuit breakers – мініатюрні вимикачі. Крім того, їх іноді називають також інсталяційними – від electrical installation - електропроводка, тому такі вимикачі вірніше було б називати вимикачами для електропроводок. Такі вимикачі виробляють в модульному виконанні. Модульні автоматичні вимикачі ведуть свій родовід з 1923 р., коли німецький інженер Гуго Штотц винайшов і розпочав випускати так званий автоматичний запобіжник. Цей апарат замінював пробковий запобіжник і відрізнявся від нього можливістю багаторазового використання.

Модульний автоматичний вимикач збирається в пластмасовому корпусі і складається з контактно-струмоведучої, дугогасної систем, механізму вільного розчеплення і розчеплювачів. Вимикачі різних фірм відрізняються конструкціями механізмів вільного розчеплення, біметалічними розчеплювачами, способами кріплення, наявністю індикаторів положення контактів, кількістю сталих положень рукоятки управління. Сучасні вимикачі допускають приєднання додаткового оснащення: допоміжних контактів, мінімального і незалежного розчеплювачів, дистанційного (електродвигунового) приводу.

Механізми вільного розчеплення вимикачів різних фірм забезпечують моментне відключення контактів. Однак, по характеру замикання контактів відрізняються один від одного. В одних випадках швидкість руху контактів при замиканні залежить від швидкості руху рукоятки автомата, в інших випадках забезпечується моментне замикання.

На рисунку показана одна з найпростіших кінематичних схем механізмів вільного розчеплення вимикачів. Рукоятка 1 вимикача обертається на осі О1. Отвір О2 у рукоятці служить для з’єднання модулів у блоки за допомогою шпильки. Пружина 2 забезпечує взведення механізму і притискання рукоятки до одного з приливів корпуса вимикача. На рукоятці всередині вимикача є отвір О3, у який вставляється коромисло 4, що передає зусилля від рукоятки на рухомий контакт 5. Рухомий контакт має завушини з овальним отвором О4, через який пропущена вісь. На цій осі обертається фігурний важіль 6, у якому є отвори – О5 та О6. отвір О5 служить для з’єднання модулів у блоки за допомогою шпильок, в отвір О6 входить коромисло 7, через яке передається дія біметалевого розчеплювача 8 на важіль 6. Включення контактів при повороті рукоятки проти годинникової стрілки відбувається завдяки тому, що пружина 9 забезпечує заклинювання вільного кінця коромисла 4 між протилежним кінцем важеля 6 і хвостовиком рухомого контакту 5. При повороті рукоятки проти годинникової стрілки коромисло 4 передає зусилля на рухомий контакт, що повертається за годинниковою стрілкою. При цьому стискується пружина 10, що прагне повернути механізм у початкове положення. Після переходу рукояткою мертвої точки момент, що діє на рукоятку, змінює свій напрямок і рукоятка встановлюється в ліве фіксоване положення. При переміщенні рухомого контакту від початкового положення до початкового торкання з нерухомим контактом 11 вісь О4 виявляється притиснутою до лівого краю овального отвору у завушинах рухомого контакту. Після початкового торкання до закінчення руху механізму відбувається переміщення осі О4 в овальному отворі завушин до лівого краю, забезпечуючи, провал контактів.

При оперативному відключенні (поворот рукоятки за годинниковою стрілкою) коромисло 4 провертає важіль 6 проти годинникової стрілки, за важелем 6 під дією пружини 10 переміщується хвостовик рухомого контакту 5. Внаслідок цього відбувається розмикання контактів вимикача. При аварійному відключенні внаслідок спрацьовування електромагнітного або біметалевого розчеплювачів важіль 6 провертається проти годинникової стрілки, звільняючи кінець коромисла 4, що провалюється у зазор між важелем 6 і хвостовиком рухомого контакту 5, у результаті чого під дією пружини 10 відбувається швидке розмикання контактів вимикача. У цьому випадку відключення відбудеться, навіть якщо примусово утримувати движок рукоятки в лівому фіксованому положенні.

Модульні вимикачі мають два розчеплювачи – біметалевий і електромагнітний. Біметалевий розчеплювач прямого (від 6А) або непрямого нагрівання містить біметалевий елемент 8, приварений до хвостовика дугогасного рогу 2, що обгинає циліндричну стійку 3, яка є частиною пластмасового корпусу вимикача. Струм до біметалу (або нагрівача) підводиться від нижнього затиску через гнучке контактне з'єднання 1. протилежний кінець біметалу (або нагрівача) через гнучке контактне з’єднання 4 приєднується до рухомого контакту.

При протіканні струму через біметал (або нагрівач) біметал прогинається в напрямку Н2, впливаючи на механізм вільного розчеплювача. У результаті, якщо струм через вимикач перевищує граничну величину, відбувається спрацьовування вимикача. Регулювання характеристики розчеплювача (калібрування) здійснюється у заводських умовах шляхом деформації хвостовика дугогасного рогу разом із привареним до нього біметалом за допомогою обертання гвинта 5 у нерухомо закріпленій у корпусі вимикача гайці 6, у результаті чого змінюється початковий зазор між вільними кінцями коромисла 7 і біметалу 8.

Електромагнітний розчеплювач являє собою втяжний електромагніт із струмовою обмоткою 1, включеною послідовно в коло контактів між верхнім затиском і нерухомим контактом.

Магнітопровід складається з циліндричного якоря 2, що переміщається в пластмасовій втулці 3, скоби 4 і стопа 5. До скоби приварений хвостовик 6 з немагнітною заклепкою 7, до якої притискається якір під дією каліброваної пружини 8. При протіканні великого струму через обмотку 1 (більше струму уста­вки) якір 2 притягується до стопу 5, переміщаючи в напрямку Н1 шток 9, що впливає на механізм вільного розчеплення. У результаті відбувається спрацьовування вимикача. Регулювання характеристики розчеплювача (калібрування) здійснюється у заводських умовах шляхом підтискання хвостовика 6 і зміни, таким чином, початкового зазору між якорем 2 і стопом 5.

Велика відключаюча (висока струмообмежуюча) здатність модульних вимикачів досягається не тільки за рахунок швидкої дії механізму, а завдяки тому, що розмикання контактів відбувається ще до спрацьовування механізму вимикача під дією удару штока електромагнітного розчеплювача безпосередньо по рухомому контакту, завдяки чому при коротких замиканнях вдається отримати час розмикання контактів порядку 1мс, а, завдяки наявності ефективної системи дугогасіння, повний час відключення 3мс. Усі фірми, що випускають МСВ, використовують цей принцип.

Небезпеку для електропроводки представляють як короткі замикання, так і струмові перевантаження, що діють протягом тривалого часу, тому захисні характеристики автоматичних вимикачів мають бути погоджені з навантажувальними характеристиками кабелів і проводів. Захисна ампер-секундна характеристика має дві характерні зони – зону перевантаження і зону короткого замикання. У першій зоні характеристика має гіперболічну форму, тобто час спрацьовування вимикача зменшується зі збільшенням струму і визначається часом дії біметалевого розчеплювача. В другій зоні спрацьовування відбувається дуже швидко (час спрацьовування не повинен перевищувати 0,1с) завдяки дії електромагнітного розчеплювача. Величину струму, що розмежовує зони перевантаження і короткого замикання, називають струмом відсічення.

Вимикачі не можуть бути виготовлені ідеально точно, тому для характеристик задається певний діапазон. Існує два міжнародних стандарти, за якими виготовляються модульні вимикачі – iec988 та iec947-2.

Вимикачі, які виготовляються за стандартом IEC988 використовуються, переважно, у будівлях і спорудах житлово-громадського призначення. Вимикачі стандарту IEC947-2 використовуються, переважно, у промисловості. Характеристики цих вимикачів відрізняються межами для вертикальної асимптоти. Вертикальна асимптота для вимикачів стандарту IEC988, повин­на лежати в інтервалі (1.13-1.45)Iн, тобто вимикач не повинен спрацьовувати при струмі 1.13Iн (протягом години) і має спрацьовувати при струмі 1.45Iн.

Для вимикачів стандарту IEC947-2 ці межі становлять (1.05-1.30)I_н .

Для вимикачів стандарту IEC988 встановлено чотири типи захисних характеристик – A, B, C, D. Ці характеристики відрізняються величинами струмів відсічення, а в зоні перевантаження збігаються.

Характеристика A має струм відсічення (2-3)I_н. Вимикачі з такими характеристиками застосовуються для захисту кіл з напівпровідниковими приладами та кіл двигунів з перетворювачами.

Характеристика B має струм відсічення (3-5)I_н. Вимикачі з такими характеристиками застосовуються для захисту електропроводки в житлових будинках при відсутності великих кидків струму, наприклад, у розеткових або освітлювальних групах, коли одночасне включення великої кількості електроприймачів малоймовірно.

Характеристика C має струм відсічення (5-10)I_н. Вимикачі з такими характеристиками застосовуються для захисту електропроводки в житлових будинках при ймовірності великих кидків струму при включенні, наприклад, при одночасному включенні великої кількості електроламп, або при включенні потужного двигуна.

Характеристика D має струм відсічення (10-20)I_н. Вимикачі з такими характеристиками застосовуються для комутації кіл електроустаткування з великими імпульсними струмами при включенні трансформаторів, електромагнітів змінного струму, конденсаторних батарей тощо.

Найбільш поширені вимикачі з характеристиками B та C. Вимикачі з характеристиками A, D застосовуються значно рідше. Ряд фірм взагалі не випускає вимикачів з характеристикою A.

1 – пластмасовий корпус із защіпкою 2 для фіксації вимикача на монтажній рейці; 3 – верхній вивід із затиском для приєднання проводів; 4 – нижній вивід із затисками для приєднання проводів та шин; 5 – рухомий контакт; 6 – нерухомий контакт з дугогасним рогом; 7 – дугогасний ріг рухомого контакту; 8 – пластини дугогасної камери; 9 – рукоятка автомата, яка керує комутаціями за допомогою важелів і пружин механізму вільного розчеплення 10; 11 – біметалевий розчеплювач з гнучким контактним з'єднанням, яке забезпечує приєднання біметалу до рухомого контакту; 12 – електромагнітний розчеплювач, котушка якого включена між верхнім виводом і нерухомим контактом.

Допоміжне обладнання

Фірми, що виробляють модульні автоматичні вимикачі, випускають і різноманітне допоміжне обладнання. Стандартний комплект обладнання включає:

· модуль допоміжних контактів (шириною 0.5 ТЕ = 9 мм);

· незалежний розчеплювач (шириною 1ТЕ = 18 мм);

· розчеплювач мінімальної напруги (шириною 1ТЕ = 18 мм);

· електродвигун дистанційного приводу (шириною 3ТЕ = 54 мм);

Модуль допоміжних контактів призначено для взаємодії зі схемами автоматизації і повідомляє про стан вимикача. На передню панель модуля виведена рукоятка керування і (для деяких модифікацій) контрольна кнопка "TEST-RESET". Всередині модуля розташовується одна або дві групи перемикаючих контактів. Вихідні зажими розташовується у верхньому і нижньому краях корпусу. Виходи, розташовані у верхній частині, мають позначення 05, 06 і 08, а в нижній частині – 95, 96 і 98. Комутаційні контактні вузли призначені для роботи в режимах АС11 і DC11. Допустиме значення комутаційного струму становить 5А при змінній напрузі 250В, 50Гц. Допустима величина постійного струму становить 0.5, 0.7, 1.0, 2.0 і 4.0 А при напрузі 220, 110, 60, 48 і 24 В відповідно. Модуль сполучається з автоматичним вимикачем за допомогою поводка, що об'єднує рукоятки, і стержня, що з'єднує механізм модуля з механізмом вільного розчеплення вимикача через отвори в кришках корпусів.

Незалежний розчеплювач виконується у вигляді модуля шириною 1ТЕ і приєднується до модуля автоматичного вимикача за допомогою клипсов, поводка, що з'єднує рукоятки, і стержня, що з'єднує механізм розчеплювача і механізм вільного розчеплення вимикача. Призначений для дистанційного відключення зв'язаного вимикача. Всередині корпусу незалежного розчеплювача розташовується електромагніт, включений по схемі, зображеній на мал. 5.10.

При подачі напруги електромагніт спрацьовує, впливаючи на власний механізм і переміщує шток, пов'язаний з механізмом вільного розчеплення зв'язаного вимикача, розмикаючи власні контакти, включені послідовно з обмоткою електромагніту. Якщо прибрати напругу незалежний розчеплювач не перешкоджає проведенню операцій включення і відключення, шляхом впливу на пов'язані рукоятки незалежного розчеплювача і зв'язаного вимикача.

Розчеплювач мінімальної напруги виконано у вигляді модуля шириною 1ТЕ і приєднується до модуля автоматичного вимикача за допомогою клипсов, поводка, що з'єднує рукоятки, і стержня, що з'єднує механізм розчеплювача і механізм вільного розчеплення вимикача. Призначено для відключення зв'язаного вимикача при пониженні напруження мережі нижче допустимого рівня. Всередині корпусу розчеплювача мінімального напруження розташовується електромагніт, включений по схемі, зображеній на мал. 5.11 - один вивід приєднується до шини N, інший - до верхнього (вивідному) затиску зв'язаного автоматичного вимикача. Таким чином, при включенні автоматичного вимикача на обмотку електромагніту подається напруження і він спрацьовує, залишаючись у включеному положенні доти, поки напруження не стане меншим напруження уставки розчеплювача. У цьому випадку якір електромагніту відпадає, впливаючи на власний механізм, пов'язаний з механізмом вільного розчеплення зв'язаного вимикача, внаслідок чого відбувається відключення вимикача, а обмотка електромагніту розчеплювача знеструмлюється. Після відновлення допустимого рівня напруження мережі можливе повторне включення автоматичного вимикача.

Модуль розчеплювача мінімального напруження оснащується вбудованим елементом витримки часу, що допускає регулювання витримки часу в межах від 0 до 300 мс і що запобігає відключенню автоматичного вимикача при короткочасних зменшеннях напруження мережі.

Электродвигательный привід виконаний у вигляді модуля шириною 3ТЕ і приєднується до модуля автоматичного вимикача за допомогою клипсів, поводка, що з'єднує рукоятки, і стержня, що з'єднує механізм приводу і механізм вільного розчеплення вимикача і призначений для дистанційного включення і відключення зв'язаного вимикача. На передню панель приводу виведена рукоятка, що має два фіксованих положення і що дозволяє заблокувати дію приводу (положення OFF). У рукоятці виконаний отвір для замка, що не допускає несанкціонованої зміни положення рукоятки.