Библиотека

Выключатели для бытовых и аналогичных электроустановок, требования к которым сформулированы в международном стандарте ІЕС60898-1, по назначению, принципу действия и составными частями (корпус, выводы, токопроводящая система, главные контакты, актуатор, механизм свободного расцепления, расцепители) очень близки к выключателям промышленного назначения. Но, учитывая, что эти аппараты размещаются на самих нижних уровнях систем распределения электроэнергии (в распределительных щитках квартир, офисов, небольших мастерских и т.п.), их номинальный ток не превышает 125А. Кроме этого, они должны иметь очень высокое быстродействие (их время срабатывания составляет 3…5 мс), чтобы предотвратить срабатывание других аппаратов защиты от коротких замыканий (выключателей и предохранителей), размещенных на высших уровнях распределительной системы. Эти аппараты не предназначены для защиты оборудования (электрических двигателей и т.д.), их защитные характеристики приспособлены исключительно для защиты электрических сетей (электропроводок) от перегрузок и коротких замыканий.

Внутреннее устройство полюса выключателя бытового и аналогичного назначения (одна из возможных конструкций) изображено на рис. 1. На рисунке обозначено: 1 – вывод, 2 – гибкая шина, которая связывает подвижный контакт с выводом, 3 – подвижный контакт, 4 – контактная накладка неподвижного контакта, 5 – ось вращения подвижного контакта, 6 – молоточок, который осуществляет ударное влияние на подвижный контакт при мощных коротких замыканиях, 7 – механизм свободного расцепления, 8 – акктуатор, 9 – обод электромагнитного расцепителя, 10 – обмотка электромагнитного расцепителя, 11 – рычаг механизма свободного расцепления, на который воздействуют электромагнитный и биметаллический расцепители, 12 – подвижный цилиндрический сердечник электромагнитного расцепителя, 13 – биметаллический расцепитель, 14 – гибкая шина, соединяющая биметаллический расцепитель с выводом, 15 – винт калибровки биметаллического расцепителя и вывод для испытаний, 16 – вывод, 17 – боковина пластмассового корпуса, 18 – дугогасительная камера, 19 – дугогасительные штыри, 20 – пластины дугогасительной камеры, 21 – дугогасительный рог со стороны неподвижного контакта, 22 – дугогасительный рог со стороны подвижного контакта, 23 – защелка для монтажа выключателя на монтажную рейку или DIN-рейку, 24 – столбиковое зажимное устройство вывода двойного присоединения.

Ручное управление контактами осуществляется акктуатором, который влияет на контакты через механизм свободного расцепления (МСР). Автоматическое отключение происходит благодаря влиянию расцепителей на МСР, а при мощных коротких замыканиях электромагнитный расцепитель воздействует на контакты, размыкая их еще до момента срабатывания МСР. Благодаря такой особенности конструкции (молоточковому эффекту) эти выключатели имеют высокую способность к отключению коротких замыканий, которая может превышать 10 кА.

Электромагнитный расцепитель представляет собой миниатюрный электромагнит с углубленным цилиндрическим якорем, к которому прикреплен шток с пластиковым молоточком на конце, который направлен к подвижному контакту (рис. 1).

Через 0,5 мс после начала короткого замыкания молоточек отталкивает подвижный контакт от неподвижного и между ними возникает короткая дуга. Еще через 0,5 мс подвижный контакт отходит от неподвижного, дуга постепенно растягивается, а когда контакты расходятся на максимальное расстояние, дуга сходит с контактов на дугагасительные роги, ее сопротивление быстро увеличивается, что создает условия для ограничения тока в цепи. Примерно через 1,5 мс после начала короткого замыкания дуга начинает входить в дугогасительную камеру, пространство между контактами и дугогасительными рогами постепенно деионизируется, а дуга локализуется в камере. Начиная с этого момента ток резко уменьшается до нуля и примерно через 3 мс после начала короткого замыкания дуга окончательно гаснет. Показательно, что, хотя освобождение МСР произошло приблизительно через 1,5 мс после начала короткого замыкания, от этого момента и до момента полного отключения механизм не успел полностью сработать, по крайней мере акктуатор все это время оставался в положении «отключено».

Время-токовые характеристики выключателей бытового и аналогичного назначения (рис. 2) по форме подобны характеристикам выключателей промышленного назначения, но существует несколько отличий, поскольку к выключателям бытового назначения должны предъявляться требования стандарта ІЕС60898-1 (а не ІЕС60947-2, как к выключателям промышленного применения).

В частности, для выключателей бытового применения, которые работают в цепях переменного тока, стандарт ІЕС60898-1 устанавливает значения условного тока нерасцепления Int и условного тока расцепления It не только для зоны перегрузок, но также и для зоны коротких замыканий. Для зоны перегрузок (другими словами, для биметаллического расцепителя) эти значения составляют, соответственно, 1,13In и 1,45In (In – номинальный ток), а для зоны коротких замыканий (для электромагнитного расцепителя) стандарт устанавливает три вида характеристик - В(Int = 3In, It = 5In), С(Int = 5In, It = 10In) и D (Int = 10In, It = 20In). Условное время для зоны перегрузок составляет один час при In≤63А и два часа при In>63А. Условное время для зоны коротких замыканий составляет 0,1 с.

Для выключателей, которые работают в цепях постоянного тока, стандарт ІЕС60898-2 устанавливает для зоны перегрузок только два вида характеристик – В(Int = 4In , It = 7In) и С(Int = 7In, It = 15In).

Выключатели с характеристикой В рекомендуются для применения в распределительных устройствах жилищных помещений. Выключатели с характеристикой С – для офисов и небольших мастерских с маломощными электродвигателями. Выключатели с характеристикой D – для мастерских с несколькими электродвигателями. Некоторые производителя (хотя это и не предусмотрено стандартом) предлагают выключатели с характеристикой А (Int = 2In, It = 3In) – для защиты полупроводниковых устройств (выпрямителей, инверторов и т.п.).

Свое основное назначение – защита электрических сетей от сверхтоков – выключатели бытового назначения будут выполнять, если их номинальные токи согласованы с поперечным сечением медных или алюминиевых проводников электропроводки согласно таблицы 1, взятой из стандарта ІЕС60898-1. Эта таблица составлена с определенным запасом, но нужно учитывать, что производитель не гарантирует защиту сети вне пределов данных этой таблицы. Например, если электропроводка выполнена алюминиевым проводом с сечением 2,5 мм², то выключатель с номинальным током 16А не обязан обеспечивать защиту такой электропроводки – для ее защиты необходимо выбирать выключатель с номинальным током не более 13А. если для защиты такой электропроводки применить выключатель с номинальным током, например, 4А, то он будет ее защищать, но и будет срабатывать при токах, которые совершенно безопасны для этой электропроводки. В частности, такой выключатель не дает скипятить воду в электрическом чайнике с рабочим током 10А.

Таблица 1. Согласование поперечного сечения проводов с номинальным током выключателя.

Выключатели бытового назначения (в англоязычной технической литературе их обозначают аббревиатурой МСВ – miniature circuit-breaker) обычно имеют модульное строение – модульные многополюсные выключатели состоят из одинаковых однополюсных модулей, каждый из которых может быть однополюсным выключателем. Например, трехполюсный модульный выключатель – это три механически связанных однополюсных модуля. Аналогичное строение имеют двухполюсные и четырехполюсные модульные выключатели. Шаг модуля составляет 18 мм, а ширина однополюсного выключателя – примерно 17,5 мм. Корпус однополюсного модуля, который изготавливается из не поддерживающего горения термопластичного материала, состоит из двух боковин, на одной из которых монтируются основные элементы выключателя. Такие выключатели обычно предназначены для монтажа на DIN рейку.

Для выключателей бытового назначения выпускается дополнительное оборудование – вспомогательные контакты, независимый (шунтовый) расцепитель, расцепитель понижения напряжения, а также электродвигательный привод, который позволяет дистанционно управлять (включать и выключать) выключателем. Модуль вспомогательных контактов (примерно в два раза тоньше, чем модуль выключателя) имеет один или два переключающих контакта. Если модуль имеет один переключающий контакт, его выводы имеют обозначение 95, 96 и 98, а если два переключающих контакта, то выводы другого контакта имеют обозначение 05, 06 и 08. Модули расцепителей имеют ширину полюса, а модуль электропривода – три толщины полюса. Все вспомогательные модули механически присоединяются к выключателю сбоку – слева или справа.

Вспомогательные контакты обычно применяются в системах сигнализации и автоматизации и имеют разное конструктивное исполнение. В частности, у так называемого Н-контакта состояние замыкающего вспомогательного контакта является подобным состоянию главного контакта – когда главный контакт замкнут, замкнутым является и замыкающий Н-контакт. Когда главный контакт разомкнут, такое же состояние имеет и замыкающий вспомогательный контакт, не зависимо от того, как произошло размыкание главных контактов выключателя – автоматически или вручную. Сигнальные контакты или S-контакты являются замкнутыми при замкнутых главных контактах, не размыкаются, если размыкание главных контактов произошло вручную, и размыкаются, если размыкание главных контактов произошло автоматически (в следствие освобождения механизма свободного расципления). Контакты типа SH имеют механический переключатель, который позволяет превращать Н-контакт на S-контакт и наоборот. На поверхности корпуса модуля вспомогательных контактов рядом с акктуатором может размещаться кнопка «Test» или кнопка «Test-Reset». Эти кнопки применяются при настройке или при проверке функционирования системы автоматизации или контроля. Кнопки «Test» или «Test-Reset» при переводе их в положение «Test» позволяют кратковременно изменить состояние сигнального контакта, когда главные контакты замкнуты, а кнопка «Test-Reset» после переведения ее в положение «Reset» позволяет изменить состояние сигнального контакта после автоматического срабатывания выключателя, не включая его.

Не следует отождествлять автоматические выключатели бытового применения и модульные выключатели, так как некоторые компании производят в модульном исполнении не только выключатели, предназначенные для бытового применения, но и выключатели для промышленного применения в соответствии с требованиями стандарта ІЕС60947-2. Некоторые компании производят универсальные миниатюрные автоматические выключатели, которые одновременно удовлетворяют требованиям стандартов ІЕС60898-1 и ІЕС60947-2.