Тепловой расцепитель автоматического выключателя

Частью конструкции автоматического выключателя (автомата) является тепловой расцепитель. Дело в том, что внутри автоматического выключателя реализовано сразу два пути защиты от токовой перегрузки:

• электромагнитный расцепитель, размыкающий цепь при превышении номинального тока в разы (при коротком замыкании);

• тепловой расцепитель, срабатывающий при меньших токах перегрузки, но обладающий, однако, меньшим быстродействием чем его электромагнитный соратник.

Разумеется, при прохождении по проводке тока немного большего, чем ее расчетный ток, проводка не перегорит, поэтому быстродействия теплового расцепителя обычно достаточно.

Тепловой расцепитель — это ключевой элемент автоматического выключателя, предназначенный для защиты электрической цепи от перегрузок. Его основная функция заключается в автоматическом отключении выключателя при превышении номинального тока.

Принцип работы основан на использовании биметаллической пластины, состоящей из двух слоев металлов с разными коэффициентами теплового расширения. При протекании тока, превышающего допустимое значение, пластина нагревается и деформируется, воздействуя на механизм свободного расцепления, что приводит к отключению выключателя.

Тепловой расцепитель эффективно защищает электропроводку и подключенные устройства от длительных перегрузок, но не реагирует на кратковременные скачки тока, для которых используется электромагнитный расцепитель.

Кинематическая схема автоматического выключателя:

1 – тепловой расцепитель; 2 – электромагнитный расцепитель; 3 – минимальный расцепитель; 4 – независимый расцепитель; 5 – электромагнитный привод; 6 – рукоятка управления; 7 – пружина, ускоряющая отключение; 8, 9, 10 – механизм свободного расцепления; 11 – подвижный контакт; 12 – неподвижный контакт; 13 – контактная пружина.

Расцепители – устройства, обеспечивающие автоматическое размыкание контактов посредством воздействия на механизм свободного расцепления в аварийном режиме работы цепи или служащие для дистанционного отключения выключателя.

Устройство автоматического выключателя:

Время-токовая характеристика — зависимость времени срабатывания аппарата защиты (времени плавкой перегорания вставки предохранителя) от значения тока, протекающего через его измерительный элемент (плавкую вставку предохранителя), нагревательный элемент электротеплового реле. Иногда можно встретить другие названия время-токовой характеристики — ампер-секундная характеристика или просто — защитная характеристика.

Время-токовая характеристика – это основная характеристика автоматического выключателя отражающая зависимость времени срабатывания автоматического выключателя при возникновении аварийного режима от величины тока цепи. Она имеет вид гиперболы, поэтому чем больше протекающий через аппарат защиты ток, тем меньше время его срабатывания. Однако данное время не может быть меньше собственного времени срабатывания.

В зависимости от типа установленных в автоматическом выключателе расцепителей, он может иметь такие времятоковые характеристики, как:

• зависимая от тока характеристика времени срабатывания. Такую характеристику имеет тепловой расцепитель. Она характеризуется током срабатывания при перегрузке, а время срабатывания зависит от величины тока.

• независимая от тока характеристика времени срабатывания. Такую характеристику имеет электромагнитный расцепитель. Она характеризуется током срабатывания отсечки. Срабатывание может быть мгновенным или с выдержкой времени;

• ограниченно зависимая от тока (двухступенчатая) характеристика времени срабатывания. Такую характеристику имеет комбинированный расцепитель (тепловой и электромагнитный).

Время-токовая характеристика, для упрощения, может изображаться одной линией, проходящей в середине оны срабатывания.

На графике по вертикали откладывается время срабатывания (логарифмическая шкала), по горизонтали — кратность тока (I/Iном). Кривая имеет два участка: тепловая защита (перегрузка) – плавное увеличение времени при небольших перегрузках и электромагнитная защита (КЗ) – почти мгновенное отключение при высоких токах.

Тепловой расцепитель построен на основе биметаллической пластины, которая разогревается от проходящего через нее тока, при этом постепенно изгибается, если ток становится все выше и выше относительно номинального для данного автомата (типового, который значится в маркировке), что в конце концов приводит к размыканию защищаемой этим автоматом цепи. Когда пластина изгибается, усилие ее изгиба передается на тягу, которая в свою очередь давит на курок механизма расцепления.

Минимальный ток срабатывания для конкретного теплового расцепителя составляет 1,45 его номинального тока (уставки), а время срабатывания зависит от время-токовой характеристики рассматриваемого автомата, и в зависимости от величины тока перегрузки и от начальной температуры биметаллической пластины, - может составлять от нескольких секунд до часа и даже двух в зависимости от типа автомата.

Устройство теплового расцепителя автоматического выключателя:

Работа теплового расцепителя:

Холодный автомат при токе в 2,55 раза больше номинального разомкнет цепь максимум через одну минуту, а в горячем состоянии — через несколько секунд (это справедливо для автоматов номиналом до 32А). Поэтому выбирая автомат для своего щитка необходимо понимать, что номинальный ток автомата — это не ток его срабатывания.

Предельно допустимый ток для проводки, при котором должно происходить отключение автомата, желательно сопоставлять с время-токовой характеристикой выбираемого автомата, ориентируясь на его тип (B, C, D).

Биметаллическая пластина автоматического выключателя представляет собой две плотно прижатые друг к другу, но не сплавленные, металлические полосы, изготовленные из металлов с различными коэффициентами теплового расширения. Две полосы скреплены друг с другом с одного конца пайкой или сваркой. Другие их концы закреплены в корпусе выключателя неподвижно.

Когда автоматический выключатель установлен в цепь, биметаллическая пластина оказывается включена в эту цепь последовательно с нагрузкой. В результате её нагревания проходящим электрическим током, пластина изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. В случае перегрузки изгиб пластины обеспечивает отключение автоматического выключателя путем активации механизма разъединения.

Обозначение теплового расцепителя на корпусе выключателя Hager:

Когда автоматический выключатель находится на стадии изготовления, ток срабатывания теплового расцепителя настраивается с помощью специального регулировочного винта, который скрыт внутри корпуса автомата и расположен рядом с одной из клемм. Этот винт позволяет точно задать порог срабатывания в соответствии с номинальным током устройства.

Производители проводят калибровку на заводе, чтобы обеспечить соответствие заявленным характеристикам, поэтому самостоятельная регулировка не рекомендуется, так как это может нарушить работу устройства.

После срабатывания теплового расцепителя биметаллическая пластина, которая нагревается и изгибается при перегрузке, начинает остывать и возвращаться в исходное положение. Как только пластина остывает, автоматический выключатель можно снова включить, взведя его рычаг. Это делает автомат более удобным в использовании по сравнению с плавкими предохранителями, которые требуют замены после каждого срабатывания.

Автоматический выключатель, в отличие от плавкого предохранителя, можно использовать многократно. После остывания биметаллической пластины устройство готово к работе практически сразу, что минимизирует простои в электросети. Таким образом, тепловой расцепитель обеспечивает надежную защиту от перегрузок, а его конструкция делает автоматический выключатель более практичным и удобным решением.

Как учитываются токи у автоматических выключателей

Как работают время-токовые характеристики выключателей и предохранителей

Как защитить проводку от перегрузки и короткого замыкания

Маркировка автоматических выключателей: значение и расшифровка

Андрей Повный