Exitonservice.ru

Экситон Сервис
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип действия автоматического выключателя постоянного тока

Устройство защитного отключения – назначение, принцип действия, типы, правильный выбор

Само название УЗО говорит о его назначении — Устройство Защитного Отключения. Именно оно, а конкретнее — автоматическое отключение питания должно защищать нас с Вами от поражения электрическим током при повреждении изоляции (согласно ПУЭ-7 п.1.7.51) при косвенном прикосновении. Косвенное прикосновение — это электрический контакт человека с токопроводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции (например замыкание фазного провода на корпус электроплиты). Так же согласно ГОСТ 50571.3-94 устройство защитного отключения служит как дополнительная защита от электропоражения уже при прямом прикосновении к токоведущим частям. Другими словами — даже в случае прикосновения к оголенному проводу, находящемуся под опасным потенциалом — УЗО спасет нам жизнь.

Кроме защиты от электрического тока УЗО выполняет так же и противопожарные функции, поэтому п.7.1.84 ПУЭ-7 рекомендует применять УЗО для повышения уровня защиты от возгорания при замыканиях на заземленные части. Дело в том, что мощности электрической дуги всего в 40-50 ватт уже бывает достаточно для возгорания некоторых строительных материалов. И возникает такая дуга именно при ухудшении изоляции проводов и кабелей электропроводки зданий, когда, если говорить простым языком — «электрический ток идет не туда куда надо». То есть не только по замкнутой электрической цепи от источника — к нагрузке, но еще и «ответвляется» в сторону на корпуса электроприборов или заземленные части. В этом случае УЗО — единственное эффективное средство способное почувствовать утечку тока и как следствие — появление пожароопасной электродуги и обесточить опасный участок.

Вкратце можно подытожить: назначение УЗО — защищать человека и его имущество от неприятностей, которые могут возникнуть при ухудшении изоляции токоведущих частей (например — может возникнуть пожар) и УЗО это современное, высокоэффективное средство от электротравматизма. В современных условиях применение УЗО позволяет обеспечить электробезопасность действием защиты — автоматического отключения источника питания.

Многие даже и не догадываются, что УЗО изобрели еще в прошлом веке, а именно – 8 апреля 1928 года был получен патент за номером 552 678 на первое в мире устройство защиты от поражения человека электрическим током. Патент выдан германской фирме «RWE». С тех пор УЗО получило широкое распространение в европейских странах и Америке, у нас же такие устройства стали применяться значительно позже. Принцип работы УЗО кардинальным образом отличается от работы автоматического выключателя и заключается вреагировании на появление разностного тока. Для сравнения возьмем однофазный однополюсный автоматический выключатель и однофазное УЗО. Так вот, если автомат можно включить только в фазный провод эл. цепи нагрузки, а нулевой рабочий провод будет подключен напрямую, то УЗО так подключить не получится.

Для этого потребуется обязательно оба провода питания — и фазный и нулевой рабочий. При этом УЗО сравнивает, что бы по фазному проводу на нагрузку ушло электроэнергии столько же, сколько вернется обратно по нулевому рабочему проводу. Если происходит утечка электрического тока, появляется разностный ток, УЗО сразу реагирует и отключает нагрузку.

Есть и трехфазные УЗО, но принцип работы у них точно такой же, отличаются они от однофазных только количеством полюсов (четыре полюса) и тем, что сквозь ТТНП проходит не два проводника, а четыре — три фазы и рабочий ноль.

Трехфазное УЗО

Рассмотрим устройство и принцип работы УЗО более подробно. Устройство защитного отключения состоит из:

  1. Дифференциального трансформатора тока, который в свою очередь состоит из тороидального магнитопровода, первичной и вторичной обмоток.
  2. Пусковой орган (электромеханическое реле или электронная схема у электронных УЗО).
  3. Исполнительный механизм, состоящий из механизма привода, спускового механизма и силовых контактов.
  4. Цепь тестирования — кнопка, резистор, защитный контакт. Эта цепь необходима для проверки работоспособности УЗО в процессе эксплуатации. При нажатии на кнопку «Тест» через резистор искусственно создается отключающий дифференциальный ток и УЗО должно отключиться — разомкнуть силовые контакты.

Основной элемент УЗО — это реагирующий на разностный ток дифференциальный трансформатор тока или еще его называют трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП). У электромеханических УЗО ТТНП представляет из себя тороидальный магнитопровод с намотанной вторичной обмоткой. В качестве первичной обмотки выступают фазные и нулевые провода, подключенные на нагрузку и проходящие обязательно сквозь магнитопровод.

Принцип УЗО

В магнитопроводе от каждого проходящего сквозь него проводника (фазного и нулевого) наводится свой магнитный поток (ФL и ФN см.рисунок), эти наводящиеся магнитные потоки направлены навстречу друг другу и взаимно компенсируются, общий магнитный поток Фобщ. равен нулю, поэтому во вторичной обмотке в итоге электрический ток не наводится и срабатывания УЗО не происходит. Как только появляется ток утечки — например, из-за повреждения изоляции, значение электрического тока по одному из проходящих через УЗО проводов становится больше, магнитный поток от этого провода так же увеличивается и между двумя магнитными потоками появляется некоторая разность, то есть потоки уже не компенсируются друг другом, и этой разности хватает, что бы во вторичной обмотке ТТНП за счет взаимоиндукции навёлся электрический ток Iдиф. определенного значения. И когда значение этого вторичного тока Iдиф. достигнет определенных пределов — происходит срабатывание электромеханического реле Р прямого действия и УЗО с помощью механизма привода – размыкает силовые контакты. У электронных УЗО процесс работы аналогичен с той лишь разницей, что вторичная обмотка дифференциального трансформатора подключена к электронной схеме и уже сама электроника управляет механизмом привода. Тут следует отметить большой недостаток электронных УЗО — для их работы требуется напряжение питания (для электронной схемы).

Читать еще:  Автоматический выключатель при повышении давления

Различные типы УЗО делятся по следующим основным техническим параметрам:

  1. Номинальному отключающему дифференциальному току IDn: 6, 10, 30, 100, 300, 500 мА
  2. По назначению: а) обычное УЗО — выключатель дифференциального тока (ВДТ) б) комбинированное УЗО — автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ), по сути это УЗО и автоматический выключатель в одном корпусе, то есть АВДТ так же защищает нагрузку от токов перегрузки и короткого замыкания и имеет в своем устройстве тепловой и электромагнитный расцепитель. В свою очередь АВДТ подразделяются, так же как и автоматические выключатели, по характеристике расцепителя — В, С и D.
  3. Электромеханические и электронные. Самые надежные УЗО — электромеханического типа, это уже подтверждено многолетней практикой применения.
  4. Стационарные и мобильные. Стационарные устанавливаются в различных щитах и сборках, а мобильные — применяются для переносных электроустройств для шнурового соединения.
  5. По определению формы волны электрического тока, на который реагирует УЗО:
    • АС — УЗО реагирует только на переменный синусоидальный разностный ток, медленно нарастающий или возникающий толчком.
    • А — реагирует как на синусоидальный, так и на пульсирующий постоянный (выпрямленный) разностный ток. Именно такое УЗО сейчас надо устанавливать в офисах, квартирах и производственных помещениях, так как из-за использования компьютеров, телевизоров и другой офисной техники, имеющих импульсные блоки питания, а так же безтрансформаторные схемы питания — в случае утечки тока появляется именно пульсирующий разностный ток, на который не реагирует УЗО типа АС.
    • В — реагирует на синусоидальный, пульсирующий постоянный, пульсирующий постоянный с наложенной сглаженной пульсацией постоянного тока от 6мА, медленно нарастающие или возникающие толчком. УЗО этого типа очень чувствительны к току утечки широкого спектра частот в диапазоне от практически нуля до 1МГц. Применяются такие УЗО в схемах с инверторами, частотными преобразователями и источниками бесперебойного питания.
  6. По выдержке времени на отключение: обычные — без выдержки времени и селективные – тип S или G с выдержкой времени срабатывания.

Более подробно с параметрами, типами и требованиями к УЗО можно ознакомиться в ГОСТ Р 50807-95, ГОСТ Р 51326.1-99 и ГОСТ Р 51327.1-99

Выбор УЗО

Отметим самые важные условия выбора УЗО. Технические характеристики УЗО должны соответствовать параметрам электрической сети и нагрузке, к которой подключается УЗО. Например, если УЗО рассчитано на напряжение сети до 240В переменного тока, то естественно его нельзя применять при 380В:

В зависимости от нагрузки УЗО выбирается по номинальному току силовых контактов. Конечно глупо будет выбирать УЗО с ном. током в 25А например на электрокотел с током 40А, в этом случае силовые контакты УЗО просто не выдержат перегрузки и разрушатся. В этом примере правильно будет выбрать УЗО на 63А, то есть на одну ступень выше номинального тока нагрузки, а перед УЗО установить автоматический выключатель на 40А — для защиты УЗО от перегрузки. В любом случае если последовательно в УЗО установлен автоматический выключатель для защиты УЗО, то по номинальному току УЗО должно быть как минимум на одну ступень выше. Естественно это относится только к обычным УЗО — (ВДТ), если УЗО комбинированное (АВДТ) то дополнительно защищать его от перегрузки и токов КЗ не требуется.

Следующее условие выбора УЗО — по дифференциальному отключающему току. Здесь выбирается требуемый параметр – 10, 30 мА или выше. Следует учитывать важную деталь: в целях электробезопасности применяют УЗО до 30 мА. В целях пожарной безопасности – с диф. током от 100мА и выше.

Выбор по времени срабатывания (селективности) — нужен например, если последовательно установлены несколько УЗО. Например — вводное УЗО и после него идут групповые УЗО. Если все УЗО на 30мА то при утечке тока может отключиться вводное УЗО и полностью обесточить объект. Что бы этого не произошло, устанавливают на вводе селективное УЗО с буквой (S или G) и тогда сначала отключаются групповые УЗО, а неповрежденные участки электросети остаются включенными. К сожалению, в рамках одной статьи невозможно полностью осветить выбор УЗО, поэтому здесь указаны только самые важные пункты, по которым выбирается устройство защитного отключения.

Оставляйте Ваши вопросы и комментарии и, конечно же — обращайтесь к нам, получите оптимальные решения для Вас и Вашего бизнеса по технологии ПССГ®!

Читать еще:  Евро стандарты розеток выключателей

Основные типы

Внешне элемент представляет собой небольшую конструкцию из термостойкой пластмассы, на лицевой части которой находится специальный переключатель, а в задней — фиксатор-защелка. Сверху и снизу расположены винтовые клеммы. В зависимости от конструктивных особенностей и устройства, автоматические выключатели могут разделяться на следующие типы:

  1. Установочные модели — снабжены пластиковым коробом, что позволяет использовать их для всех жилищ без страха получить удар током.
  2. Универсальные агрегаты — не имеют такой защиты как предыдущая разновидность, из-за чего их используют только в специальных условиях, оснащая распределительное оборудование.
  3. Быстродействующие выключатели — характеризуются невероятной скоростью реагирования на проблемы в электрической цепи. По заявлениям производителей, скорость равна 5 миллисекундам.
  4. Устройства замедленного действия — скорость срабатывания варьируется в пределах 10−100 миллисекунд.
  5. Селективные — характеризуются поддержкой регулировки режима выключения.
  6. Электрические модели обратного тока — способны срабатывать только при изменении направления тока в каком-либо диапазоне.
  7. Поляризованные детали — отключают тот участок цепи, в котором замечается существенный скачок интенсивности тока.
  8. Неполяризованные — работают наподобие предыдущих разновидностей, но не ограничиваются одним направлением тока.

Что касается скорости отключения, то она определяется принципом работы автомата, а также соответствующими условиями для обесточивания конкретного участка. Они создаются электрооборудованием и токоограничивающими элементами.

США и Япония

Американский национальный институт стандартов (ANSI) определяет автоматический выключатель как «механическое переключающее устройство, способное коммутировать, проводить и прерывать токи в электрической цепи при нормальных условиях и, кроме того, способное коммутировать и проводить токи в течение некоторого установленного времени и прерывать токи при определенных аномальных условиях, например, при коротком замыкании».

Автоматический выключатель в трактовке японских стандартов (NEC) — это «устройство, предназначенное для размыкания и замыкания цепи неавтоматическими средствами, а также для автоматического размыкания и замыкания цепи при некоторой заданной перегрузке по току без повреждения самого автоматического выключателя, установленного в цепь надлежащим образом соответственно его паспортным данным».

Автоматические выключатели классифицируются аналогично ГОСТам, однако для этих устройств сейчас применяются настолько разнообразные технологии, что некоторые автоматические выключатели трудно отнести к какой-либо определенной категории.

Поэтому, для низковольтных автоматических выключателей (до 1000 В) часто используется следующая практическая градация:

  • Миниатюрные автоматические выключатели (MCB). Рассчитаны на номинальный ток не выше 100А. Характеристики расцепления обычно нерегулируемые. Тепловой или термомагнитный принцип действия.
  • Автоматические выключатели в литом корпусе (MCCB). Широко применяются в большинстве низковольтных сетей и рассчитаны на номинальный ток до 1000А. Это также тепловые или термомагнитные автоматические выключатели, у которых ток расцепления может быть регулируемым.
  • Автоматические выключатели в изолированном корпусе (ICCB) – для низковольтных сетей с повышенными значениями напряжения и тока.
  • Автоматические выключатели в металлической оболочке – для средневольтных сетей.

Разумеется, мы назвали лишь основные типы автоматических выключателей для низковольтных сетей с единственной целью – помочь вам быстро разобраться в широкой номенклатуре изделий, которые можно заказать в VBR Electric.

За более полной информацией обращайтесь к нам – всегда готовы дать исчерпывающую консультацию по выбору автоматических выключателей, и не только низковольтного класса.

Распространенные модели

Ранее довольно активно выпускались и применялись такие типы БВ, как АБ-2/4, ВАБ-28 и ВАБ-43. На сегодняшний же день им на смену идут такие устройства, как быстродействующие выключатели ВАБ-49 и ВАБ-50, а также их различные модификации.

Однако здесь стоит отметить одну важную деталь. Быстродействующий выключатель постоянного тока АБ-2/4 не выпускается уже пару десятков лет, однако все еще находится в активной эксплуатации на разного рода электрических участках с постоянным током. Он рассчитан на рабочий номинальный ток 2 кА и на напряжение 4 кВ.

Как работает автоматический выключатель?

В режиме штатной работы через автомат протекает ток, меньший или равный номинальному значению. Питающее напряжение от внешней сети подается на верхнюю клемму, соединенную с неподвижным контактом. С неподвижного контакта ток поступает на замкнутый с ним подвижный контакт, а от него, через гибкий медный проводник – на катушку соленоида. После соленоида ток подается на тепловой расцепитель и уже после него – на нижнюю клемму, с подключенной к ней сетью нагрузки.

В аварийных режимах автоматический выключатель отключает защищаемую цепь за счет срабатывания механизма свободного расцепления, приводимого в действие тепловым или электромагнитным расцепителем. Причиной такого срабатывания является перегрузка или короткое замыкание.

Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, состоящая из двух слоев сплавов с различными коэффициентами термического расширения. При прохождении электрического тока пластина нагревается и изгибается в сторону слоя с меньшим коэффициентом термического расширения. При превышении заданного значения силы тока, изгиб пластины достигает величины, достаточной для приведения в действие механизма расцепления, и цепь размыкается, отсекая защищаемую нагрузку.

Электромагнитный расцепитель состоит из соленоида с подвижным стальным сердечником, удерживаемым пружиной. При превышении заданного значения тока, по закону электромагнитной индукции в катушке наводится электромагнитное поле, под действием которого сердечник втягивается внутрь катушки соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и вызывает срабатывание механизма расцепления. В нормальном режиме работы в катушке также наводится магнитное поле, но его силы недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины и втянуть сердечник.

Читать еще:  Выключатель привод сцепления tempomat что это

Как работает автомат в режиме перегрузки

Режим перегрузки возникает, когда ток в подключенной к автомату цепи превышает номинальное значение, на которое рассчитан автоматический выключатель. При этом повышенный ток, проходящий через тепловой расцепитель, вызывает повышение температуры биметаллической пластины и, соответственно, увеличение ее изгиба вплоть до срабатывания механизма расцепления. Автомат отключается и размыкает цепь.

Срабатывание тепловой защиты не происходит мгновенно, поскольку на разогрев биметаллической пластины потребуется некоторое время. Это время может варьироваться в зависимости от величины превышения номинального значения тока от нескольких секунд до часа.

Такая задержка позволяет избежать отключения питания при случайных и непродолжительных повышениях тока в цепи (например, при включении электродвигателей которые имеют большие пусковые токи).

Минимальное значение тока, при котором должен сработать тепловой расцепитель, устанавливается при помощи регулировочного винта на заводе-изготовителе. Обычно это значение в 1,13-1,45 раз превышает номинал, указанный на маркировке автомата.

На величину тока, при котором сработает тепловая защита, влияет и температура окружающей среды. В жарком помещении биметаллическая пластина прогреется и изогнется до срабатывания при меньшем токе. А в помещениях с низкими температурами ток, при котором сработает тепловой расцепитель, может оказаться выше допустимого.

Причиной перегрузки сети является подключение к ней потребителей, суммарная мощность которых превышает расчетную мощность защищаемой сети. Одновременное включение различных видов мощной бытовой техники (кондиционер, электрическая плита, стиральная и посудомоечная машина, утюг, электрочайник и т.д.) – вполне может привести к срабатыванию теплового расцепителя.

В этом случае определитесь, какие из потребителей можно отключить. И не спешите снова включать автомат. Вы все равно не сможете взвести его в рабочее положение, пока он не остынет, а биметаллическая пластина расцепителя не вернется в свое исходное состояние. Теперь вы знаете как работает автоматический выключатель при перегрузках

Как работает автомат в режиме короткого замыкания

В случае короткого замыкания принцип работы автоматического выключателя иной. При коротком замыкании ток в цепи резко и многократно возрастает до значений, способных расплавить проводку, а точнее изоляцию электропроводки. Для того чтобы предотвратить такое развитие событий необходимо мгновенно разорвать цепь. Электромагнитный расцепитель именно так и срабатывает.

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник, удерживаемый в фиксированном положении пружиной.

Многократное возрастание тока в обмотке соленоида, происходящее при коротком замыкании в цепи, приводит к пропорциональному возрастанию магнитного потока, под действием которого сердечник втягивается в катушку соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и нажимает на спусковую планку механизма расцепления. Силовые контакты автомата размыкаются, прерывая питание аварийного участка цепи.

Таким образом, срабатывание электромагнитного расцепителя защищает от возгорания и разрушения электропроводку, замкнувший электроприбор и сам автомат. Время его срабатывания составляет порядка 0,02 секунды, и электропроводка не успевает разогреться до опасных температур.

В момент размыкания силовых контактов автомата, когда по ним проходит большой ток, между ними возникает электрическая дуга, температура которой может достигать 3000 градусов.

Чтобы защитить контакты и другие детали автомата от разрушительного воздействия этой дуги, в конструкции автомата предусмотрена дугогасительная камера. Дугогасительная камера представляет собой решетку из набора металлических пластин, которые изолированы друг от друга.

Дуга возникает в месте размыкания контакта, а затем один ее конец движется вместе с подвижным контактом, а второй скользит сначала по неподвижному контакту, а потом по соединенному с ним проводнику, ведущему к задней стенке дугогасительной камеры.

Там она делится (дробится) на пластинах дугогасительной камеры, слабеет и гаснет. В нижней части автомата предусмотрены специальные отверстия для отвода газов, образующихся при горении дуги.

В случае отключения автомата при срабатывании электромагнитного расцепителя, вы не сможете пользоваться электричеством до тех пор пока не найдете и не устраните причину короткого замыкания. Вероятнее всего причина в неисправности одного из потребителей.

Отключите все потребители и попробуйте включить автомат. Если вам это удалось и автомат не выбивает, значит, действительно – виноват один из потребителей и вам осталось выяснить какой именно. Если же автомат и с отключенными потребителями снова выбивает, значит все гораздо сложнее, и мы имеем дело с пробоем изоляции проводки. Придется искать, где это произошло.

Вот таков принцип работы автоматического выключателя в условиях различных аварийных ситуаций.

Если отключение автоматического выключателя стало для вас постоянной проблемой, не пытайтесь решить ее установкой автомата с большим номинальным током.

Автоматы устанавливаются с учетом сечения вашей проводки, и, значит, больший ток в вашей сети просто не допускается. Найти решение проблемы можно только после полного обследования системы электроснабжения вашего жилища профессионалами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector