Автоматичні вимикачі

Автоматичний вимикач – це комутаційний апарат, призначений для оперативних перемикань, захисту від перевантаження, захисту від коротких замикань, захисту персоналу від прямого дотику, іноді й захисту мінімальної напруги (розмикання силових контактів у разі зниження напруги у мережі нижче допустимого значення) та виконання функції гарантованого розриву чи навіть видимого розриву у висувному виконанні. Автоматичним вимикачам також притаманний ефект струмообмеженення під час КЗ (розмикання силових контактів до моменту досягнення струмом КЗ найбільшого значення протягом першого на півперіоду після виникнення замикання).

Автоматичні вимикачі (далі – вимикачі) відрізняються від вимикачів навантаження наявністю дугогасної камери та пристроєм автоматичного вимкнення, який ще називають максимальним розчіплювачем струму або просто розчіплювачем. Розчіплювачі бувають електромагнітними, комбінованими (з тепловим та електромагнітним елементами) та електронними. Для вимикачів виготовляють цілу низку допоміжних пристроїв: незалежні розчіплювачі максимальної та мінімальної напруги, додаткові контакти для сигналізації стану та спрацювання захисту, моторні приводи, касети та цоколі для висувного виконання тощо.

На схемах автоматичні вимикачі позначають, як показано на рис.4.6,д,е.

Виготовлення автоматичних вимикачів регламентовано нормами МЕК 947.2, що дало значний поштовх в напрямку стандартизації параметрів, габаритів, характеристик тощо, й привело до значного підвищення якості та надійності. Великим досягненням в цій сфері можна вважати створення норм для виготовлення найпоширенішого класу автоматичних вимикачів та іншого обладнання модульного типу з встановленням на рейці DІN. Вимикачі модульного типу охоплюють діапазон струмів від 0,5 А до 63 А шириною корпусу 18мм (два модулі по 9 мм) на один полюс та від 80 А до 125 А шириною 27мм. Решта розмірів та конфігурація корпусів однакова. Ці вимикачі можна віднести до класу малої потужності. До вимикачів середньої потужності відносять вимикачі на струми від 80 А до 630 А, а до потужних – на струми від 800 А до 6300 А.

Рис.4.8. Модульні автоматичні вимикачі, аксесуари та захисні характеристики: а) мотор-редуктор, б) блок-контакти положення вимикача або спрацювання захисту, в) незалежний розчіплювач максимальної або мінімальної напруги, г) 1-полюсний вимикач, д) розріз вимикача,

е) захисні характеристики модульних автоматичних вимикачів

Модульні вимикачі (рис. 4.8) відповідають нормам МЕК 898, МЕК 947.2, ГОСТ Р50345-99, ГОСТ 50030.2-99, ДСТУ 3025-95; їх виробляють на один, два, три та чотири полюса. Захисний блок представляє собою тепловий елемент (біметалеву пластину) та електромагнітний елемент, які у випадку перевищення відповідного значення струму діють на механізм розчеплення для розмикання силових контактів. Захисна характеристика складається з двох частин: обернено залежної (чим більший струм, тим менший час дії на вимкнення) - теплового елемента та струмової відсічки – електромагнітного елемента. Залежно від кратності номінального струму відсічки встановлені відповідні типи захисних характеристик (рис.4.8,е).

Вибір модульних вимикачів, які застосовуються для струмів значенням до 125 А, здійснюється за: максимальним робочим струмом (І_{роб.макс} £ І_н); розрахунковим струмом КЗ (І_кз £ І_доп.кз); захисною характеристикою (В, С, D, МА); узгодженням з допустимим струмом кабеля (провода).

Захисні часострумові характеристики типу В. С і D мають обернено залежну частину та струмову відсічку; характеристика типу МА – тільки струмову відсічку (рис.4.8).

Автоматичні вимикачі з характеристикою В (кратність струму відсічки (3-5) І_н) застосовують для навантажень з мінімальними струмами пуску, увімкнення тощо, наприклад, електронних пристроїв.

Характеристику типу С застосовують в колах загального призначення (побутові мережі, освітлення) з можливими відносно невеликими струмами короткочасних перевантажень (пуску, увімкнення).

Характеристики типу D (І_відс =10-14 І_н) застосовують для вимикачів в колах живлення асинхронних двигунів з нечастими комутаціями (без контакторів).

Під час визначення розрахункового струму КЗ для вибору апарату слід враховувати можливості обмеження його перехідним опором в точці КЗ, а також ефекту струмообмеження захисного апарату, увімкненого перед ним.

Значна частина вимикачів цього класу забезпечує функцію гарантованого розриву.

Вимикачі середньої потужності (рис 4.9) охоплюють діапазон номінальних струмів від 80 А до 630 А з можливістю використання розчіплювачів від 16 А.Сучасні вимикачі цього класу мають всього два типорозміри (в міліметрах): для триполюсних вимикачів на струми від 80А до 250 А – (105 161 86), а на струми до 630 А – (140 255 110). Для вимикачів першого типорозміру розчіплювачі комбіновані (епло-електромагнітні) та електронні, а для другого – тільки електронні. З метою використання вимикачів для пуску двигунів випускають спеціальні розчіплювачі: електромагнітні (без теплового елементу), з обов’язковим використанням спеціального теплового реле, яке монтується на контакторі для захисту двигуна від перевантажень, та електронні, які забезпечують повний захист та різні режими пусків. Приклад захисних характеристик розчіплювачів та криві струмообмеження показані на рис 4.10. (1 – захист від перевантаження; 2 – витримка часу; 3 – захист від короткого замикання з малою витримкою часу; 4 – витримка часу спрацювання від КЗ; 5 – миттєва відсічка; 6 – регулювання уставки відсічки; 7 – регулювання часу відсічки для спеціального розчіплювача).

Вимикачі цього класу можуть додатково комплектуватись блоком вимірювання струмів фаз, блоком захисту від сумарного струму витоку, а також великим набором аксесуарів, у тому числі цоколем або касетою для висувного виконання та набором пристроїв для АВР з механічним блокуванням.

У відкритому стані вимикача забезпечується ступінь захисту ІР-20.

Compaсt NS 100-630	Термічний розчіплювач
Електронний розчіплювач

Рис 4.9. Зовнішній вигляд автоматичного вимикача на струми від

100 до 630 А та теплового й електронного розчіплювачів

а) б) в)

г) д)

Рис. 4.10. Захисні характеристики та криві струмообмеження: а,б,в) – захисні характеристики теплоелектромагнітного та електронних розчіплювачів, г) – криві обмеження пікових значень струму КЗ, д) – криві обмеження теплового імпульсу струму КЗ

Потужні автоматичні вимикачі виробляють на струми в діапазоні від 800 А до 6300 А, на 3 або 4 полюси, стаціонарного чи висувного виконання. На них можуть бути встановлені мікропроцесорні блоки захисту, керування, вимірювання з можливістю їх уведення в комп’ютерну мережу. У стаціонарному виконанні вимикач забезпечує функцію гарантованого розриву, а у висувному – видимого. У випадку відкритої установки апарат забезпечує рівень захисту ІР-30, у випадку установки в шафі і доступу до управління через отвір – ІР-40, а якщо доступ до управління закритий прозорими дверцятами – ІР-54.

Рис 4.11. Автоматичний вимикач (до 3200 А) та касета для висувного виконання

Вимикачі можуть додатково комплектуватись моторним приводом, соленоїдами вимкнення та увімкнення, блок-контактами стану та спрацювання захисту.

Електричні характеристики за нормами та позначеннями МЕК 947.2:

- номінальний струм І_n, А: 800. 1000, 1200, 1600, 2000, 2500, 3200, 4000, 5000, 6300;

- номінальна напруга ізоляції, U_і, B: 1000;

- номінальна імпульсна напруга ізоляції U_іmp, В: 8000;

- найбільша робоча напруга U_e, В: 690;

- повний струм вимкнення І_cu, кА діюч. , 55, 75, 100, 150;

- номінальний струм вимкнення І_cs, % від І_cu : 100;

- допустимий наскрізний струм КЗ І_cw, кА: 55, 75, 170 – 0,5с

- допустимий струм увімкнення на КЗ І_cm, кА уд.: 121, 165, 220, 286;

- електродинамічна стійкість, кА уд., 121, 165, 187;

- час вимкнення, мс: 25-30;

- час увімкнення, мс: 50

- кількість циклів: від 5000 до 15000.

Габаритні розміри, наприклад, вимикачів “Masterpact”на струми 800 – 3200А виробництва французької фірми “Merlіn Gerіn” стаціонарного виконання на 3 полюси становлять (мм): 422 352 297, а нової серії на струми до 1600А: 274 301 211.