Запобіжник - це електричний прилад, що забезпечує захист електромережі від аварійних ситуацій, пов'язаних з виходом поточних параметрів (струму, напруги) за задані рамки. Найпростіший запобіжник - плавкахвставка.
Це прилад, включений в захищається ланцюг послідовно. Як тільки струм в ланцюзі перевищує заданий, зволікання плавиться, контакт розмикається, і захищається ділянку ланцюга таким чином залишається неушкодженим. Недолік такого способу захисту - одноразовость захисного приладу. Згорів - треба міняти.
Аналогічне завдання вирішується за допомогою так званих автоматичних вимикачів (АВ). На відміну від плавких одноразових запобіжників, автомати - досить складні прилади, при виборі їх слід враховувати має кілька параметрів.
Вони також послідовно включаються в ланцюг. При підвищенні струму автоматичний вимикач ланцюг розриває. Автоматичні вимикачі випускаються самого різного конструктивного виконання і з різними параметрами. Найбільш поширені сьогодні автомати для кріплення на ДІН-рейку (рис. 1).
Широко відомі ще радянських часів автомати АП-50 (рис. 3-5) і багато інших. Автомати випускаються з кількістю полюсів (ліній для підключення) від одного до чотирьох. При цьому дво- і четирёхполюсние автомати можуть мати в своєму складі не тільки захищені, але і не захищені контактні групи, які зазвичай використовуються для розриву нейтрали.
Склад і пристрій АВ
До складу більшості автоматичних вимикачів входять:
- механізм ручного управління (використовується для ручного вмикання і вимикання автомата);
- комутуючі пристрій (набір рухомих і нерухомих контактів);
- дугогасительниє пристрої (решітка зі сталевих пластин);
- расцепители.
Дугогасительниє пристрої забезпечують гасіння і видування дуги, яка утворюється при розмиканні контактів, через які проходить надструмів (рис.2)
Расцепитель - пристрій (частина автомата або додатковий пристрій), механічно пов'язане з механізмом АВ і забезпечує розмикання його контактів.
У складі автоматичного вимикача є зазвичай два расцепителя.
Перший расцепитель - реагує на довготривалу, але невелику перевантаження мережі (теплової расцепитель). Зазвичай цей пристрій на основі біметалічної пластини, яка під дією проходить через неї струму поступово нагрівається, змінює конфігурацію. Врешті-решт вона натискає на утримує механізм, який звільняє і розмикає підпружинений контакт.
Другий расцепитель - так званий, «електромагнітний». Він забезпечує швидку реакцію АВ на коротке замикання. Конструктивно цей расцепитель вдає із себе соленоїд, усередині котушки якого знаходиться підпружинений сердечник з штирьком, що впирається в рухливий силовий контакт.
Обмотка включена в ланцюг послідовно. При короткому замиканні струм в ній різко зростає, за рахунок чого збільшується магнітний потік. При цьому долається опір пружини, і сердечник розмикає контакт.
параметри АВ
Перший параметр - номінальну напругу. Випускаються автомати для тільки постійного струму і для змінного і постійного. Автомати для постійного струму для загального використання досить рідкісні. У побутових і промислових мережах використовуються в основному АВ для змінного і постійного струму. Найчастіше використовуються АВ з номінальною напругою 400В, 50Гц.
Другий параметр - номінальний струм (Iн). Це той робочий струм, який автомат пропускає через себе в тривалому режимі. Звичайний ряд номіналів (у амперах) - 6-10-16-20-25-32-40-50-63.
Третій параметр - відключає здатність, гранична коммутирующая здатність (ПКС). Це максимальна сила струму короткого замикання, при якій автомат зможе розімкнути ланцюг, що не зруйнувавшись. Звичайний ряд паспортних значень ПКС (в кілоампер) - 4,5-6-10. При напрузі 220 В, це відповідають опору мережі (R = U / I) 0.049 Ом, 0,037 Ом, 0,022 Ом.
Як правило, опір проводів побутової електромережі може досягати 0,5 Ом, струм короткого замикання на рівні 10 ка можливий тільки в безпосередній близькості від електропідстанції. Тому найпоширеніші ПКС - 4,5 або 6 кА. Автомати з ПКС 10 кА застосовуються в основному в промислових мережах.
Четвертий параметр, що характеризує АВ, - це струм уставки (уставка) теплового розчеплювача. Цей параметр для різних автоматів становить від 1,13 до 1,45 від номінального струму. Ми відзначали, що при проходженні номінального струму гарантується тривала робота ланцюга з АВ.
Уставка теплового розчеплювача більше номіналу, саме досягнення реальним струмом величини уставки викличе відключення автомата. Слід зазначити, що в автоматах радянського періоду передбачена ручне регулювання уставки теплового захисту (рис. 5). Доступ до регулювального гвинта в автоматах, що встановлюються на ДІН-рейку неможливий.
П'ятий параметр автоматичного вимикача - струм уставки електромагнітного розчеплювача. Цей параметр визначає кратність перевищення номінального струму, при якій АВ спрацює практично миттєво, зреагувавши на коротке замикання.
Важлива характеристика автомата - це залежність часу спрацьовування від струму (рис. 6). Ця залежність складається з двох зон. Перша - зона відповідальності теплового захисту. Особливість її - поступове зменшення часу проходження струму до розчеплення. Це зрозуміло - чим більше струм, тим швидше нагрівається биметаллическая пластина і розмикається контакт.
При дуже великому струмі (короткому замиканні) практично миттєво (за 5 - 20 мс) спрацьовує електромагнітний расцепитель. Ця друга зона на нашому графіку.
За уставці електромагнітного розчеплювача все автомати підрозділяються на кілька типів:
- A Переважно для захисту електронних схем і ланцюгів великої протяжності;
- B Для звичайних освітлювальних ланцюгів;
- C Для ланцюгів з помірними пусковими струмами (двигуни н трансформатори побутових приладів);
- D Для ланцюгів з великою індуктивної навантаженням, для промислових електродвигунів;
- K Для індуктивних навантажень;
- Z Для електронних пристроїв.
Найбільш поширені - B, C і D.
Характеристика В - використовується для мереж загального призначення, особливо там, де необхідно забезпечити селективність захисту. Електромагнітний расцепитель налаштований на спрацювання при кратності струму по відношенню до номіналу від 3 до 5.
При підключенні чисто активних навантажень (лампочок розжарювання, обігрівачів ...) пускові струми практично рівні робочим. Однак при підключенні електродвигунів (навіть холодильників і пилососів) пускові струми можуть бути значними і викликати помилкове спрацьовування автомата з розглянутої характеристикою.
Найбільш поширені автомати з характеристикою С. Вони досить чутливі, і в той же час не дають помилкових спрацьовувань при пуску двигунів побутової техніки. Такий вимикач спрацьовує при 5-10 кратному перевищенні номінального значення. Такі автомати вважаються універсальними і застосовуються скрізь, включаючи промислові об'єкти.
Характеристика D - це уставка електромагнітного розчеплювача на 10 - 14 номіналів по току. Зазвичай такі значення потрібні при використанні асинхронних двигунів. Як правило автомати з характеристикою D використовуються в трьох- або четирёхполюсном виконанні для захисту промислових мереж.
При спільному використанні автоматичних вимикачів потрібно мати уявлення про таке поняття, як селективний захист. Побудова селективного захисту забезпечує спрацьовування автоматів, що знаходяться ближче до місця аварії, при цьому більш потужні автомати, розташовані ближче до джерела напруги, спрацьовувати не повинні. Для цього більш чутливі і швидкодіючі автомати встановлюються ближче до споживачів.