Прекъсвачи ниско напрежение

ЕлектроапаратурaСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1, 2006

 

Видове, принципи, конструкции, тенденции в развитието

По дефиниция прекъсвачите представляват електрически превключватели с автоматичен режим на работа, предназначени да защитават електрическите вериги от повреди, причинени от претоварвания и къси съединения. За разлика от стопяемите предпазители, които сработват еднократно, след което се налага да бъдат ремонтирани или заменени с нови, прекъсвачите поддържат цикличен режим на работа. След като сработят, ръчно или автоматично, се връщат в изходно положение, с което се подновява нормалната им работа. Предлагат се в широк диапазон от типоразмери - от малки устройства (0.1 А), предназначени за защита на отделни електрически уреди, до мощна комутационна апаратура с индустриално приложение. Друг основен признак за класификация на прекъсвачите е работното им напрежение. На основата на този признак се разделят в три категории - за ниско, средно и високо напрежение. Комутационната апаратура, предназначена да защитава електрическите вериги ниско напрежение от повреди и къси съединения, се използва под термина автоматични прекъсвачи. За разлика от тях, защитната комутационна апаратура в мрежи средно и високо напрежение се нарича само прекъсвачи. Освен за различни номинални токове и напрежения, автоматичните прекъсвачи биват едно- и многополюсни. Многополюсните прекъсвачи могат да се използват за едновременно разединяване на фазите в една електрическа верига. Тема на настоящата статия са видовете автоматични прекъсвачи, обхватът и спецификите в използването им, както и основните критерии при избора им.

Принцип на работа

В конструктивно отношение автоматичните прекъсвачи се изграждат на базата на два основни принципа. При първата, в конструкцията на прекъсвача е вградена индукционна бобина (електромагнит). Вследствие нарастването на тока във веригата се индуцира магнитна сила, при увеличаването на която се създават предпоставки за прекъсване на веригата. По принцип, автоматичните прекъсвачи са нормално затворени, т.е. когато големината на тока във веригата е близка до номиналната, контактите им са в затворено състояние. С увеличаването на тока във веригата, индуцираната магнитна сила също се повишава. В процеса на увеличаване на магнитната сила се достига до момент, в който големината й е достатъчна да преодолее съпротивлението на механизма, чрез който контактите на автоматичния прекъсвач се държат затворени. С отварянето на контактите на автоматичния прекъсвач веригата се прекъсва. Втората основна конструктивна схема включва използването на биметална пластина. Принципът на работа на такъв автоматичен прекъсвач се основава на повишаването на температурата в биметалната пластина в резултат от увеличаването на големината на тока в електрическата верига. Вследствие от повишаването на температурата й, биметалната пластина се деформира и изключва веригата. Преимуществено се използват автоматични прекъсвачи, в които са вградени и двете описани техники за разединяване на електрическите вериги. Използването на подобни автоматични прекъсвачи с комбинирано действие разкрива значителни възможности за оптималния им избор, съобразно изискванията на приложението.

Специфики в използването на АП

Счита се, че автоматичните прекъсвачи, конструирани на базата на индукционна бобина, са по-подходящи при кратковременни, но много големи пикове на тока във веригата, т.е. в случай на възникване на къси съединения. За разлика от тях, автоматичните прекъсвачи с биметална пластина се характеризират с по-добра реакция на по-малки като големина, но отличаващи се с по-голяма продължителност свръхтокове във веригата, т.е. в условия на претоварване.

На всички електроспециалисти е известно, че при възникването на късо съединение, големината на тока е многократно по-голяма от номиналния ток във веригата. При отварянето на контактите на автоматичните прекъсвачи с цел прекъсване на електрическата верига възникват електрически дъги, т.е. токът във веригата продължава да протича. По тази причина съвременните автоматични прекъсвачи разполагат с вградени функции за разделяне и гасене на дъгата. Технически гасенето на възникнали в процеса на отваряне на контактите електрически дъги се постига чрез използване на искрогасителни камери. В автоматичните прекъсвачи с въздушна изолация искрогасителните камери съдържат метални или керамични плочи, охлаждащи дъгата, или специални прегряващи бобини за гасене на дъгата.

За разлика от автоматичните прекъсвачи, големите прекъсвачи, които се използват в електроснабдителната система, са основно вакуумни или елегазови. С цел гасене на възникнали електрически дъги са разработени конструкции, при които контактите на прекъсвача са потопени в масло. Максималният ток на късо съединение, който един прекъсвач би могъл да прекъсне, се определя чрез изпитване. Най-малкият проблем, който би могъл да възникне вследствие от използването на прекъсвач във верига, в която очакваните токове на късо съединение са по-високи от работния му обхват, е повреждането на комутационната апаратура. Честа практика е във вериги, в които има основания да се счита, че съществуват условия за възникване на много големи токове на късо съединение, автоматичните прекъсвачи да се използват в комбинация със стопяеми предпазители, характеризиращи се с високи изключвателни възможности. Автоматичните прекъсвачи се инсталират директно към защитаваното електрическо оборудване или в електрическото табло.

Конструкция на АП

В Европа преимуществено се използват автоматични прекъсвачи с термо-магнитен принцип на действие. На практика, това са автоматични прекъсвачи, комбиниращи двете описани техники за ограничаване големината на тока, протичащ в една електрическа верига. Конструкцията на използваните днес автоматични прекъсвачи често обединява електромагнит и биметална пластина с цел разширяване на надеждността и сигурността им на работа, както в случай на възникване на къси съединения, така и при претоварване на веригата. Типоразмерите и дори формата на автоматичните прекъсвачи за монтиране върху релса в страните от ЕС са напълно стандартизирани. Същото не било могло да се твърди по отношение на автоматичните прекъсвачи за монтаж върху събирателни шини. При избор на подобен прекъсвач би било целесъобразно да проверите дали съответства на събирателната шина в електрическото табло, в което ще бъде монтиран.

Основни конструктивни елементи на един автоматичен прекъсвач ниско напрежение с термо-магнитен принцип на работа са:

  • Превключващ лост - използва се за ръчно превключване и връщане в изходно положение на автоматичния прекъсвач. Също така, указва работния статус на прекъсвача - включено/изключено. Голяма част от автоматичните прекъсвачи разполагат с възможност за превключване и връщане в начално състояние след сработването им, т.е. след като контактите им са отворили и прекъснали електрическата верига.
  • Превключващ механизъм - привежда в движение контактите на прекъсвача. Предлагат се конструкции, при които контактите се преместват едновременно, такива, в които конкатните се привеждат в движение поотделно, както и модели, в които контактите са подвижни и неподвижни.
  • Контакти - в нормално състояние контактите на автоматичния прекъсвач са нормално затворени, т.е. осигуряват провеждане на електрическия ток. При раздалечаването им токът във веригата се прекъсва.
  • Клеми.
  • Биметална пластина.
  • Калибрационен винт - чрез него производителят прецизно настройва големината на тока, при която автоматичният прекъсвач се задейства.
  • Индукционна бобина.
  • Искрогасителна камера.

Многополюсни автоматични прекъсвачи

Защитата на разклонени електрически вериги от възникването на къси съединения и претоварвания изисква специално внимание по отношение на използваните автоматични прекъсвачи. От теорията е известно, че всеки проводник под напрежение в разклонена електрическа вериги трябва да бъде защитен чрез използването на еднополюсен прекъсвач. За да се гарантира, че всички проводници под напрежение в една разклонена верига са прекъснати, в случай на сработване на някой еднополюсен прекъсвач, се налага използването на общ автоматичен прекъсвач във веригата.

Видове прекъсвачи ниско напрежение

Съществуващото разнообразие от видове автоматични прекъсвачи трудно би могло да се класифицира в строго дефинирани приложни области. Прието е в групата на прекъсвачите с номинално напрежение до 1000 V, т.е. автоматичните прекъсвачи, които се използват най-вече в битови, обществени електроинсталации и електрически вериги в областта на леката индустрия, да бъдат включени следните видове:

  • Миниатюрни автоматични прекъсвачи или МСВ (Miniature Circuit Breaker). Групата включва прекъсвачи с номинален ток до 100 А по принцип. Предлагат се и модели до 125 A. Обикновено не предлагат възможности за регулиране на изключвателните характеристики. Като принцип на работа са термични или термо-магнитни.
  • Автоматични прекъсвачи в лят корпус или MCCB (Moulded Case Circuit Breaker). Номиналният им ток вече е до 1600 А. Като принцип на работа не се различават от миниатюрните автоматични прекъсвачи. Групата обхваща модели, предлагащи възможност за настройка на изключвателните характеристики.
  • Въздушни автоматични прекъсвачи или АСВ (Air Circuit Breaker). Категорията включва модели с номинален ток обикновено до 6000 A. Редица производители предлагат и модели с по-висок номинален ток. Обикновено предлагат значителни възможности за регулиране на изключвателните характеристики, включително прага на сработване и времезакъснението. Разработени са модели с електронно управление. Често се използват в електрозахранващите системи в индустриалните предприятия.
  • Вакуумни прекъсвачи или VCB (Vacuum Circuit Breaker) - номиналният им ток е до 3000 А. Категорията прекъсвачи, които гасят възникнали електрически дъги във вакуумен балон, трудно би могла да бъде отнесена към комутационната апаратура за защита ниско напрежение. Предлагат се вакуумни прекъсвачи с номинално напрежение до 35 000 V. Някои производители са разработили вакуумни прекъсвачи НН, но използването им все още не се възприема еднозначно от специалистите. Съществуват основания да се счита, че вакуумните прекъсвачи се отличават с по-дълъг експлоатационен живот от въздушните.

Производителите на АП съветват при избора на автоматичен прекъсвач освен номиналните стойности на тока и напрежението да обърнете внимание и на следните характеристики:

Icu (А) - максимална изключвателна възможност на прекъсвача. Стойността на Icu трябва да бъде по-висока от изчисления ток на късо съединение в мястото на инсталиране на автоматичния прекъсвач.

Ics (%Icu) - работна изключвателна възможност. Колкото е по-висока стойността на Ics, толкова по-дълговечен ще бъде избраният автоматичен прекъсвач.

Важна характеристика е и категорията на автоматичния прекъсвач А или В. Прекъсвачи от категория В се избират в приложения, към които има специфични изисквания за селективност на инсталацията.

Icw (A) - ток на термична устойчивост. По отношение на автоматични прекъсвачи от категория В е важно да се обърне внимание на периода, за който е зададен токът на термична устойчивост.

Технически тенденции в развитието на АП

В съответствие със съвременните концепции за сградна автоматизация, автоматичните прекъсвачи се интегрират в системите за централизиран мониторинг и управление на електрическите инсталации. Съвременните модели автоматични прекъсвачи предлагат комуникационни възможности за свързването им към сградните автоматизирани системи. Обикновено се следи работният им статус, за да се ограничи до минимум времето, през което електрическите съоръжения са без захранване, т.е. с цел подобряване на експлоатацията и надеждността им на работа. По принцип, всеки прекъсвач би могъл да се достави (опционално) с устройство за дистанционна сигнализация на състоянието.

Освен традиционно използваните конструкции автоматични прекъсвачи, чиито принцип на работа вече бе описан, през последните години се наложи и друга техника на прекъсване на електрическата верига, позната като рото-активно изключване или ротационна контактна система. Принципът на действие на тези автоматични прекъсвачи е изобретен преди повече от две десетилетия. По-късно техниката се усвоява от редица производители и днес водещите компании в областта на електроапаратурата включват в продуктовото си портфолио рото-активни (ротационна контактна система) автоматични прекъсвачи. За разлика от класическите конструкции автоматични прекъсвачи, в които електрическата верига се прекъсва на едно място, при рото-активните веригата се прекъсва на две места. Принципът им работа се базира на възникването на електродинамична сила на отблъскване между неподвижните и подвижния контакт. В резултат от което подвижният контакт се завърта, разкъсвайки електрическата верига на две места. Предимство на рото-активните прекъсвачи е бързодействието им - времето, за което подвижният контакт се завърта, разкъсвайки веригата, е от порядъка на милисекунди. В местата на разкъсване на веригите се запалват две дъги. Съпротивлението на дъгата води до многократно увеличаване на общото съпротивление във веригата на тока на късо съединение. Резултатът е сериозно понижаване на големината на тока на късо съединение, т.е. използването на описания принцип ограничава тока на к.с. да достигне ударни стойности и следователно запазва проводниците и консуматорите в електрическите инсталации. По мнението на специалисти прекъсвачите с ротационната контактна система се характеризират със силно токоограничаващо действие, сред предимствата от постигането на което са най-добрите за момента възможности за селективност.

Нормативни изисквания

Действащата в момента стандартизационна база в областта на автоматичните прекъсвачи е напълно синхронизирана с общоевропейската - до степен, при която европейските норми са приети автоматично и част от тях дори не са преведени на български език. В областта на автоматичните прекъсвачи са в сила два стандарта - единият БДС EN 60 898 се отнася за автоматичните прекъсвачи с приложение в бита, а вторият БДС 60 947-2 регламентира изискванията по отношение на автоматичните прекъсвачи с промишлено приложение.

Предлагането на автоматични прекъсвачи на българския пазар с увереност би могло да се определи като значително - модели от водещи производители се конкурират с апаратура от недотам доказани марки. С приемането на европейските стандарти, страната ни е въвела на теория изискванията в държавите от Европейския съюз по отношение на минималното допустимо техническо ниво на използваните автоматични прекъсвачи. Практиката обаче показва, че се предлагат и модели, които по мнението на специалисти, не съответстват на регламентираните изисквания. Необходимо условие е всяка фирма, която предлага автоматични прекъсвачи от чуждестранен производител в страната да представи декларация за съответствието им с действащите стандарти. Как обаче се проверява истинността на декларациите за съответствие е въпрос от компетенцията на Държавната агенция за метрология и технически надзор (ДАМТН). Отговорите на този и други въпроси от ДАМТН, свързани с мерките за ограничаване на предлагането на автоматични прекъсвачи, които не съответстват на действащите в страната изисквания, очаквайте в следващ брой на сп. Инженеринг ревю.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top