Переключа́тель электри́ческий

электрический аппарат, служащий для переключения электрических цепей в устройствах автоматики,телемеханики, электроэнергетики, электросвязи и т.д. Простейший контактный переключатель - рубильник(имеет ручной привод и ножевые контакты, входящие в неподвижные пружинные

гнёзда). Применяется длякоммутации электрических цепей напряжением до 1 кВ. В рубильниках, рассчитанных на большую силу тока,имеется несколько параллельно соединённых контактов. Наиболее универсальным переключателемявляется пакетный выключатель, который позволяет вручную одновременно переключать несколько цепейнизкого напряжения; состоит из группы контактов, механизма, перемещающего контакты и фиксирующего ихв определённом положении, и корпуса; выдерживает до 10 000 переключений. Пакетные выключателивыпускаются на токи до 400 А при напряжении до 660 В.

Распространены бесконтактные переключатели: транзисторные, диодные, тиристорные, а такжепереключательные матрицы, представляющие собой систему перекрещивающихся проводов (в видестолбцов и строк), в узлах которой размещены резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды,транзисторы, ферритовые сердечники и др. В такой матрице каждой комбинации входных сигналов (напроводах строк) соответствует одна определённая комбинация выходных сигналов (на проводах столбцов).Переключательные матрицы применяются гл. обр. в вычислительной технике в качестве преобразователейсигналов и дешифраторов.

Рис.6

Автоматический выключатель

Автоматический выключатель (механический) (МЭС 441-14-20), «автомат» — это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состояниицепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи вуказанном аномальном состоянии цепи, таких, как токи короткого замыкания.^[1]

Роль в электрической цепи

Отличие рубильника отавтомата

Автоматические выключатели предназначены для многоразовой защиты электрических установок отперегрузок и коротких замыканий, то есть управляться токами короткого замыкания и перегрузки. Некоторыемодели обеспечивают защиту от других аномальных состояний, например, от недопустимого снижениянапряжения.

Нередко можно встретить ошибочное использование автомата защиты линии в качестве вводноговыключателя нагрузки. Для того, чтобы исключить ошибочное включение при наличии аварии в цепи,автомат имеет механическую защиту (смотри иллюстрацию), разрывающую связь между ручным приводоми контактами (чаще всего роль такой защиты выполняет отсутствие жёсткой фиксации между ручнымприводом и контактами) - из-за наличия этой защиты контакты могут не разомкнуться при переводе ручногопривода в положение "выключено" и на обслуживаемом участке остаться опасное напряжение. Так жезащита от аварий должна осуществляться на протяжении всей линии, а не в конце - по этой причинеавтомат защиты устанавливается в начале линии, где он будет защищать всю линию целиком по своемупрямому назначению.

Главным отличием от плавкого предохранителя является возможность многократного использования.

Устройство

Рис.7 Внутреннее устройство автоматическоговыключателя ВА47-29

Автоматический выключатель конструктивновыполнен в диэлектрическом корпусе.Автоматический выключатель, рассчитанный нанебольшие токи, часто имеет крепление длямонтажа на DIN-рейку. Включение-отключениепроизводится рычажком (1 на рисунке), проводаподсоединяются к винтовым клеммам (2). Защелка (9) фиксирует корпус выключателя на DIN-рейке ипозволяет при необходимости легко его снять (для этого нужно оттянуть защелку, вставив отвертку в петлюзащелки). Коммутацию цепи осуществляют подвижный (3) и неподвижный (4) контакты. Подвижный контактподпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов. Механизм расцепленияприводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или магнитным.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину (5), нагреваемую протекающимтоком. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводитв действие механизм расцепления. Время срабатывания зависит от тока (времятоковая характеристика) иможет изменяться от секунд до часа. Минимальный ток, при котором должен срабатывать^[2] тепловойрасцепитель, составляет 1,45 от номинального тока предохранителя. Настройка тока срабатыванияпроизводится в процессе изготовления регулировочным винтом (6). В отличие от плавкого предохранителя,автоматический выключатель готов к следующему использованию после остывания пластины.

Магнитный (мгновенный) расцепитель представляет собой соленоид (7), подвижный сердечник котороготакже может приводить в действие механизм расцепления. Ток, проходящий через выключатель, течет пообмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога. Мгновенныйрасцепитель, в отличие от теплового, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительнобольшем превышении тока: в 2÷10 раз от номинала, в зависимости от типа (автоматические выключателиделятся на типы(классы) B, C и D в зависимости от чувствительности мгновенного расцепителя).

Во время расцепления контактов может возникнуть электрическая дуга, поэтому контакты имеют особуюформу и находятся рядом с дугогасительной решёткой (8).

Классификация

ГОСТ

ГОСТ 9098-78 — устанавливает следующую классификацию автоматических выключателей

1. По роду тока главной цепи: постоянного тока; переменного тока; постоянного и переменного тока.

Номинальные токи главных цепей выключателей, предназначенных для работы при температуреокружающего воздуха 40 °C, должны соответствовать ГОСТ 6827. Номинальные токи для главных цепейвыключателя выбирают из ряда: 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1 000; 1 600; 2 500;4 000; 6 300 А. Дополнительно могут выпускаться выключатели на номинальные токи главных цепейвыключателей: 1 500; 3 000; 3 200 А.

Номинальные токи максимальных расцепителей тока выключателей, предназначенных для работы притемпературе окружающего воздуха 40 °C, должны соответствовать ГОСТ 6827. Допускаются номинальныетоки максимальных расцепителей тока: 15; 45; 120; 150; 300; 320; 600; 1 200; 1 500; 3 000; 3 200 А

2. По конструкции: воздушный автоматический выключатель (англ. Air Circuit Breaker, сокращенноАСВ) от 800 А до 6 300 А, выключатель в литом корпусе (англ. МССВ) от 10 А до 2500 А , модульныеавтоматические выключатели (англ. МСВ) от 0,5 А до 125 А.

3. По числу полюсов главной цепи: однополюсные; двухполюсные; трехполюсные; четырехполюсные.

4. По наличию токоограничения: токоограничивающие; нетокоограничивающие.

5. По видам расцепителей: с максимальным расцепителем тока; с независимым расцепителем; сминимальным или нулевым расцепителем напряжения.

6. По характеристике выдержки времени максимальных расцепителей тока: без выдержки времени; свыдержкой времени, независимой от тока; с выдержкой времени, обратно зависимой от тока; с сочетаниемуказанных характеристик.

7. По наличию свободных контактов («блок-контактов» для вторичных цепей): с контактами; безконтактов.

8. По способу присоединения внешних проводников: с задним присоединением; с переднимприсоединением; с комбинированным присоединением (верхние зажимы с задним присоединением, анижние — с передним присоединением или наоборот); с универсальным присоединением (передним изадним).

9. По виду привода: с ручным; с двигательным; с пружинным.

10. По наличию и степени защиты выключателя от воздействия окружающей среды и отсоприкосновения с находящимися под напряжением частями выключателя и его движущимисячастями, расположенными внутри оболочки в соответствии с требованиями ГОСТ 14255.

Отключение

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времениотключения t_с, о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное длянего значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (t_с, о =0,02-1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (t_с, о <0,005 с).

Нормальные и селективные автоматические выключатели токоограничивающим действием не обладают.Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, обладают токоограничивающим действием,так как отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения І_у.

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей путёмустановки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя иступенчато возрастающей к источнику питания.

Предохранители - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки. Преимущественно предохранители используются для защиты от токов короткого замыкания, а для защиты от токов перегрузки в большинстве случаев предпочтение отдается тепловым реле и автоматическим выключателям.
Основной элемент предохранителя - плавкая вставка постоянного или переменного сечения, которая при токах срабатывания сгорает (плавится с последующим возникновением и гашением электрической дуги), отключая электрическую цепь.

Любая электрическая система работает на балансе подводимой и потребляемой энергий. Когда в схему электрооборудования подается напряжение, то оно прикладывается к определенному сопротивлению цепи. В итоге на основании закона Ома вырабатывается ток, благодаря действию которого совершается работа.

При нарушениях изоляции, ошибках монтажа, аварийном режиме сопротивление электрической цепи плавно снижается или резко падает. Это ведет к соответствующему возрастанию тока, который при достижении величины, превышающей номинальное значение, причиняет вред оборудованию и человеку.

Вопросы безопасности всегда были и будут актуальны при использовании электрической энергии. Поэтому защитным устройствам постоянно придается повышенное внимание. Первые такие конструкции, названные предохранителями, широко используются до настоящего времени.

Рис.8

Электрический предохранитель является частью рабочей цепи, врезается в рассечку питающего провода, должен надежно выдерживать рабочую нагрузку и защищать схему от появления сверхнормативных токов. Эта функция заложена в основу его классификации по номинальному току.

По применяемому принципу действия и способу разрыва схемы все предохранители подразделяют на 4 группы:

1. с плавкой вставкой;

2. электромеханической конструкции;

3. на основе электронных компонентов;

4. самовосстанавливающиеся модели с нелинейными обратимыми свойствами после действия сверхтоков.

Плавкая вставка

Предохранители этой конструкции имеют в своем составе токопроводящий элемент, который под действием тока с величиной, превышающей номинальное установленное значение, расплавляется от перегрева и испаряется. Этим обеспечивается снятие напряжения со схемы и защита ее.

Плавкие вставки могут быть изготовлены из металлов, например, меди, свинца, железа, цинка или отдельных сплавов, обладающих таким коэффициентом термического расширения, который обеспечивает защитные свойства электрооборудования.

Характеристики нагрева и охлаждения проводников для электрооборудования при установившемся рабочем режиме приведены на рисунке.

Рис.9

Работа плавкой вставки под расчетной нагрузкой обеспечивается созданием надежного баланса температур между теплом, выделяемым на металле от прохождения по нему рабочего электрического тока, и отводом тепла в окружающую среду за счет рассеивания.

При возникновении аварийных режимов это равновесие быстро нарушается.

Металлическая часть плавкой вставки при нагреве увеличивает значение своего активного сопротивления. Это вызывает больший разогрев, поскольку выделяемое тепло прямо пропорционально величине I2R. При этом снова возрастает сопротивление и выделение тепла. Процесс продолжается лавинообразно до тех пор, пока не наступает расплавление, закипание и механическое разрушение плавкой вставки.

При разрыве цепи внутри плавкой вставки возникает электрическая дуга. Через нее до момента полного погасания проходит опасный для установки ток, который меняется по характеристике, показанной на рисунке ниже.

Рис.10

Основным эксплуатационным параметром плавкой вставки является его времятоковая характеристика, определяющая зависимость кратности аварийного тока (относительно номинального значения) ко времени срабатывания.

Для ускорения работы плавкой вставки при малых кратностях аварийных токов используются специальные технические приемы:

· создание форм переменного сечения с зонами уменьшенной площади;

· применением металлургического эффекта.

Рис.11

Изменение сечения

На сужениях пластин увеличивается сопротивление и создается большее выделение тепла. В нормальном режиме работы эта энергия успевает равномерно распространиться по всей поверхности, а при перегрузках создаются критические зоны на узких местах. Их температура быстро достигает состояния, при котором металл плавится и разрывает электрическую цепь.

Для увеличения быстродействия пластины делают из тонкой фольги и применяют их в несколько слоев, включенных параллельно. Перегорание любого участка на одном из слоев ускоряет срабатывание защиты.