Автоматический выключатель с регулируемыми расцепителями
Я стараюсь быть объективным и при возможности не рекламировать различных производителей, тем более что они мне за это не платят 
Но в этой статье придется мне отступить от своих принципов и рассказать о силовом автоматическом выключателе серии ВА-99С.
Автомат торговой марки EKF предназначен для нечастых включений и отключений, а также для защиты от перегрузки и токов короткого замыкания. Казалось бы ничего особенного…
В чем же особенность силового автоматического выключателя серии ВА-99С?
Выключатели до 400А комплектуются термомагнитными расцепителями ТМ, а на токи выше 400А предусмотрен электронный расцепитель STR23SE.
Автоматический выключатель с регулируемыми расцепителями серии ВА-99С
Как видим, на картинке снизу видны регуляторы уставок расцепителей, которые позволяют установить нужные нам параметры. Это и есть их особенность.
Термомагнитные расцепители автоматов до 100А не имеют регулируюемую уставку по току короткого замыкания. Тепловой расцепитель имеет регулировку 0,8-0,9-1,0 от номинального тока. Выключатели, выполненные в габарите 250А позволяют отрегулировать уставку по току в пределах (5-10) Ir.
Автоматический выключатель серии ВА-99С с термомагнитным расцепителем ТМ
Стоит также обратить внимание на то, что у данной серии автоматических выключателей имеются аппараты с термомагнитными расцепитялеями на токи 180 и 225А.
Автоматические выключатели с электронными расцепителями STR23SE (200-630)А имеют грубую и тонкую регулировку по защите от перегрузки, что позволит достаточно точно настроить аппарат. По защите от токов короткого замыкания автоматы с электронным расцепителем позволяют установить уставку от 2 до 10.
Автоматический выключатель серии ВА-99С с электронным расцепителем STR23SE
В общем данные аппараты будут полезны для выполнения селективной защиты значительно не завышая номинальные токи автоматических выключателей. Кроме этого, на эти автоматы при необходимости можно установить дополнительные устройства, включая электропривод.
Еще одним немало важным достоиством выключателя серии ВА-99С считаю его цену. Предложите аналог по меньшей цене?
Особенности работы автоматических выключателей с микропроцессорными расцепителями
Самым распространенным сочетанием в автоматических выключателях является комбинация теплового и электромагнитного расцепителя. Именно эти два вида расцепителей обеспечивают основную защиту цепей от сверхтоков.
Электромагнитный расцепитель состоит из катушки и подвижного стального сердечника, удерживаемого пружиной. При превышении заданного значения тока, по закону электромагнитной индукции в катушке наводится электромагнитное поле, под действием которого сердечник втягивается внутрь катушки, преодолевая сопротивление пружины, и вызывает срабатывание механизма расцепления. В нормальном режиме работы в катушке также наводится электромагнитное поле, однако его силы не хватает, чтобы преодолеть сопротивление пружины и втянуть сердечник.
Устройство механизма электромагнитного расцепителя показано на примере АП50Б
Этот вид расцепителя не обладает таким большим потреблением электрической энергии, как тепловой расцепитель.
В настоящее время широкое распространение получили электронные расцепители на базе микроконтроллеров. С их помощью можно осуществлять точную настройку следующих параметров защиты:
Реализованная функция проведения самотестирования работоспособности механизма свободного расцепления с помощью кнопки ТЕСТ позволяет проводить проверку аппарата потребителем.
Регулировка параметров настройки электрической цепи на лицевой панели устройства позволяет персоналу без лишнего труда понять, как настроена защита отходящей линии.
С помощью поворотных переключателей на лицевой панели устанавливается уровень рабочего тока цепи. Регулировка уставки рабочего тока расцепителя IR устанавливается в кратности: 0,4; 0,45; 0,5; 0,56; 0,63; 0,7; 0,8; 0,9; 0,95; 1,0 к номинальному току выключателя.
Существует два режима работы полупроводникового расцепителя при перегрузке электрической цепи:
«Тепловая память» является эмуляцией работы теплового расцепителя (биметаллической пластины): микропроцессорный расцепитель программным способом задает время, которое потребовалось бы для остывания биметаллической пластины. Данная функция позволяет оборудованию и защищаемой цепи больше времени остывать и, соответственно, их срок службы не снижается.
Одним из преимуществ является установка уровня тока и времени срабатывания автоматического выключателя при коротком замыкании, что осуществляет необходимую селективность защиты. Это необходимо для того, чтобы вводной автоматический выключатель отключился позже, чем ближайшие к аварии аппараты. Важно отметить, что, в отличие от теплового расцепителя, уставки по времени в микропроцессорном расцепителе не меняются при изменении температуры окружающей среды.
Регулировка уставки тока селективной токовой отсечки выбирается кратно рабочему току IR: 1,5; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10.
Регулировка уставки времени селективной токовой отсечки выбирается в секундах: 0 (без выдержки времени); 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4.
Электромагнитная совместимость микропроцессорных расцепителей автоматических выключателей OptiMat D позволяет применять эти аппараты в общепромышленных электроустановках. В свою очередь, электромагнитные поля, создаваемые элементами микропроцессорного расцепителя не оказывают негативного влияния на окружающую технику.
Рассмотрим выбор уставок на примере микропроцессорного расцепителя MR1-D250 автоматического выключателя OptiMat D. Имеется асинхронный двигатель АИР250S2 с параметрами Р=75 кВт; cosφ=0,9; Iп/Iном=7,5; для которого нужно выбрать уставки защищающего аппарата (автоматический выключатель защищает непосредственно линию с данным электродвигателем). Примем следующие условия: пуск электродвигателя легкий и время пуска равное 2 с.
Выбираем для нашего двигателя уставку в 4 секунды с функцией тепловой памяти:
В нашем случае номинальный ток электродвигателя составляет 126,6 А. Соответственно, выставляем переключатель регулировки номинального тока выключателя на значение 0,56, чтобы ближайшее значение получилось 140 А.
Чтобы автоматический выключатель не срабатывал ложно от пусковых токов, кратность которых для выбранного двигателя составляет 7,5 примем уставку селективной токовой отсечки равную 8.
Т. к. данный выключатель будет устанавливаться непосредственно для защиты электродвигателя для обеспечения селективности в действии выключателей принимаем мгновенную селективную токовую отсечку (без выдержки по времени).
Следует также отметить, что при превышении током короткого замыкания значения в 3000 А выключатель будет срабатывать мгновенно, то есть без выдержки по времени.
Таким образом, мы рассмотрели пример выбора уставок микропроцессорного расцепителя, обеспечивающие защиту асинхронного двигателя. Данный пример выбора уставок микропроцессорного расцепителя не является техническим руководством. В конечном виде панель настройки микропроцессорного расцепителя автоматического выключателя будет выглядеть так:
Электромагнитная совместимость, соответствующая требованиям ГОСТ Р 50030.2-2010, и возможность внедрения в систему автоматизации делает автоматические выключатели Optimat D250 более надежными, удобными и выгодными решениями по многим показателям.
Как устроен защитный автомат
В предыдущей статье мы разобрались с характеристиками автоматических выключателей, а сейчас полезем глубже. Я вскрою парочку автоматов и мы заглянем внутрь – что у них “под капотом”?
Без долгих вступлений, приступаем.
Конструкция автоматического выключателя
Вид спереди
Автоматические выключатели в стандартном модульном исполнении, шириной 17,5 мм:
Автомат ВА47-29 В6 TEXENERGO
По поводу надписей на передней панели и что они означают – я подробно рассказал по ссылке в начале статьи.
Удобство, которое уже стало обязательным – окошко на передней панели, через которое видно индикаторный флажок.
Автомат TEXENERGO – индикатор включения на лицевой панели
Когда автомат выключен, он зеленый (безопасно), когда включен – красный.
Левая сторона
TEXENERGO – левая стенка, вид на штрих-код
Что мы тут видим? Круглая заглушка вверху слева – под ней находится отверстие для дополнительного сигнального или блокировочного контакта.
Отверстие под сигнальный контакт – выключено, включено
Без таких доп.контактов иногда бывает трудно обойтись. Я сам недавно ставил их на автоматы, через которые идет питание на вентиляторы охлаждения тормозов раскатов материала. Когда вдруг в работе автомат выключался, то узнать об этом можно было только тогда, когда запахнет жареным. А с сигнальным контактом информация теперь сразу идет на контроллер и индикацию аварии.
TAM14B06-1 – это артикул товара, в котором зашифровано краткое описание:
Далее, первые три цифры на штрих-коде (468), означает, что страна-изготовитель – Россия. Видимо, тут некоторое допущение – Россия это родина бренда TEXENERGO и официальное местонахождение поставщика (Московская область, деревня Черная Грязь)
Также присутствует стандартная картинка, говорящая о том, что оптимальная длина оголенной части провода – 12,5 мм.
Правая сторона
С другой стороны – также отверстие для сигнального контакта, и более информативная картинка:
Вид справа – особенности подключения
Если снять заглушку с этого окошка, станет видно рычаг (коромысло), который приводит в действие механизм размыкания контактов.
Тепловой расцепитель в окошке воздействует на рычаг отключения автомата
Сам рычаг приводится в действие тепловым и электромагнитным расцепителями, я покажу это всё позже, на вскрытом устройстве. На этот рычаг также может действовать внешний расцепитель. Например – электронный.
Указано, что максимальное сечение для этого автомата – 16 мм². На сайте TEXENERGO указано сечение 25 мм². Думаю, и то и другое значение неверно – это экономически не выгодно, и технически нецелесообразно. Для данного номинала и серии на практике 6 квадратов хватит с головой.
Защелка для монтажа на ДИН-рейку сделана удобно – она легко фиксируется в открытом состоянии перед монтажом, и так же легко защелкивает автомат на ДИН-рейке.
Автомат TEXENERGO снизу – вид на защелку
Для примера – двухполюсный автомат:
Двухполюсный автомат С32, фиксатор ДИН-рейки открыт
Обратите внимание, с трех сторон автомата можно узнать его номинальный ток и характеристику расцепителя. Кроме информативности, это ещё добавляет проблем нечистым на руку “умельцам”, которые делают автоматы “повышенной мощности”, перепечатывая ток на лицевой панели на меньший номинал. Такие автоматы пользуются спросом в сфере нелегального потребления электроэнергии.
Напоследок – про схему автомата, которая указана на верхней его части:
Схема электрическая защитного автомата – на верхней части корпуса
На схеме видно вверху вниз:
К слову, на сайте TEXENERGO указана схема с другим расположением защит:
Электрическая схема автомата
В принципе это неважно. Но если пойти на принцип, когда вскроем автомат, увидим, что сначала идет электромагнитный, а потом – тепловой расцепитель. Как на корпусе автомата.
Забегая вперед, вот части электромагнитного и теплового расцепителя, по которым проходит ток:
ЭМ и тепловой расцепители автоматического выключателя
Сверху вниз: подвижный контакт, катушка электромагнитного расцепителя, биметаллическая пластина теплового расцепителя, нижняя клемма.
Как устроен защитный автомат изнутри
Я сделал фото, на котором подписал составные части конструкции автоматического выключателя и их назначение, по часовой стрелке:
Как обычно, фото можно приблизить.
Внутреннее устройство и составные части автоматического выключателя. Положение – “выключено”, вид со снятой правой стенкой
На этом фото показан выключенный автомат TEXENERGO B6, а вот фото во включенном состоянии:
Автомат TEXENERGO включен в разобранном состоянии
Сделать это фото было непросто – ведь оси рычагов болтаются, поскольку не фиксированы правой стенкой корпуса. И рычаги всё время норовили расцепиться)
Не правда ли, предохранитель устроен гораздо проще автомата?
Устройство двухполюсного автоматического выключателя
Настал черед разборки двухполюсного автомата TEXENERGO С40. Когда-то я думал, что двухполюсный автомат устроен как два однополюсных, но с объединенными ручками управления. Сейчас я покажу, что это не так.
2п автомат TEXENERGO С40. В открытом окошке виден рычаг механизма размыкания
Разборка автомата С40 – высверливаю заклепки
Вскрываем автомат, смотрим, какие отличия от автомата В6:
Разобранный 2п автомат С40, снята правая стенка
Сразу видно, что катушка электромагнитного расцепителя намотана более толстым проводом, и наощупь подпружинена более мощной пружиной. По идее, на ней где-то должна быть выбита надпись “40”, но я не нашёл.
А вот на пластине теплового расцепителя эта надпись есть:
Пластина теплового расцепителя с надписью “40”
Контакты одинаковы что в В6, что в С40. Ведь у них одна базовая модель на 63А.
Подвижный контакт автомата
Какие ещё отличия я заметил? В районе замыкания контактов в версии стоит пластиковая пластина, в версии С40 между этой пластиной и стенкой корпуса дополнительно установлена металлическая пластинка.
Разобранный 2п автомат С40, правая половина
Снимаем правую часть автомата, и видим между половинками рычаг “тяни-толкай”:
Конструкция двухполюсного автомата TEXENERGO – толкатель между полюсами
Рычаг сброса выключателя – при помощи него половинки автомата дают друг другу сигнал о выключении
Общий держатель ручек управления тоже нужен, но он работает как подстраховка, и при ручном выключении.
Это особенно важно, когда выключается линия питания до (или после) счетчика, и при этом на вводе стоит двухполюсный автомат. Если будет два однополюсных (или две “пробки”), можно выключить только ноль, и полезть мокрой тряпкой протирать потухшую люстру…
Напоследок – масштаб разборки:
Разобранный двухполюсный автомат TEXENERGO с крепежом
Испытания автоматического выключателя
Регулировка теплового расцепителя
Есть ещё один регулятор, о котором мало кто знает, но он есть во всех современных автоматах:
Отверстие под регулировку номинального тока
Этот регулятор в некоторых пределах влияет на номинальный ток теплового расцепителя и располагается над клеммой нижнего контакта. Регулировку можно проводить шестигранным ключом на 1,5:
Регулировка тока теплового расцепителя ключом на полтора
Делать это рекомендую в очень крайних и обоснованных случаях. Особенно, учитывая, что этот регулятор находится под напряжением, когда автомат включен! Правда, как выяснилось, регулировать можно только тогда, когда силовой контакт ослаблен – иначе отверстие регулировки закрывается верхней частью клеммы.
Отверстие и винт регулировки номинального тока теплового расцепителя автомата
Как понятно по смыслу, при откручивании винта тепловой ток In увеличивается, при закручивании – уменьшается. Я провел исследования на автомате TEXENERGO В6, в результате которых можно понять, как влияет этот винт на тепловой расцепитель. Получилась такая ПРИМЕРНАЯ табличка:
Коэффициент изменения теплового тока в зависимости от поворота винта регулировки
Пояснения к таблице. Я подключил через автомат ВА47-29 В6 активную нагрузку порядка 25 Ом (нагреватель 2 кВт). Напряжение под нагрузкой плавало 215-220 В, поэтому можно допустить, что рабочий ток был около 1,45 In, то есть равным Отключающему току теплового расцепителя.
Если регулировочный винт не трогать, время-токовая характеристика будет “легальной”, то есть для данного автомата соответствовать информации производителя, и отключение при токе 1,45 In должно происходить за время менее часа.
Если открутить винт на пол оборота (-180 °) против часовой (“синяя” зона), время отключения немного увеличится, а значит номинальный ток тоже. Я рассчитал коэффициент по “легальному” графику ВТХ, он получился 1,1. Если крутить дальше, то изменений практически нет, винт уже перестает касаться пластины, и даже будет болтаться и может через время выпасть.
Тут разработчик конструкции автомата сделал правильно, в целях безопасности. Иначе, вдруг кому-то придёт в голову великолепная идея сделать из автомата 25 А автомат 40 А? При тех же сечениях провода.
Если закручивать в “красную” область, то там простора для регулировки гораздо больше. Например, после поворота на пол оборота по часовой автомат на 6 А превращается в автомат с In = 6 х 0,55 = 3,3 А. И так далее. Однако, после полного оборота назад дороги нет – пластина изгибается (нет запаса упругости), и обратно не возвращается.
Я сделал небольшой коллаж, на котором видно движение пластины теплового расцепителя и его воздействие на рычаг размыкания:
Воздействие пластины расцепителя на рычаг механизма размыкателя
Проверка время-токовой характеристики
По плану проверка теплового расцепителя должна проходить в следующих точках:
Проверка электромагнитного расцепителя:
В данный момент у меня нет доступа к прибору для прогрузки, проведу испытания позже.
А вот как проводил такие испытания мой коллега Дмитрий. Рекомендую его видео, смотрел как захватывающий сериал)
Испытания током 1,13 In
Испытания током 1,45 In
Испытания током 2,55 In и электромагнитной защиты
Скачать
Для тех, кто интересуется темой глубже и основательней, выкладываю ГОСТ, в котором подробно расписаны все характеристики и терминология касательно автоматических выключателей.
В данный момент ГОСТ Р 50345-99 (МЭК 60898-95) (Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения) не действует, вместо него введен ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003) (Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Автоматические выключатели для переменного тока). Его и выкладываю для скачивания: