Расцепители Основные сведения
Расцепитель – часть выключателя, воздействующая непосредственно на механизм его отключения при критических параметрах защищаемой цепи ( токе, напряжении ).
Расцепители представляют собой реле или элементы реле, встроенные в выключа-
тель с использованием его элементов или приспособленные к его конструкции.
Расцепители выполняют на базе обычных электромагнитных реле ( тока, напряже-
ния ). Однако в последнее время все чаще применяются расцепители на базе статических электронных реле. Электронная часть этих реле контролирует ту или иную физическую величину, но в их выходной цепи все равно включено электромагнитное реле, якорь кото-
рого воздействует на механизм расцепления.
Любой автоматический выключатель обязательно имеет электромагнитный расце-
питель максимального тока, мгновенно отключающий выключатель при коротком замка-
нии ( рис. 6 и 7 ).
В некоторых типах выключателей, кроме электромагнитного, применяется электро-
тепловой, отключающий выключатель с выдержкой времени в зоне токов перегрузки.
Такой расцепитель называют комбинированным ( рис. 8 ). Следует заметить, что ав
томатические выключатели с одним электротепловым расцепителем не выпускаются.
Аппарат, имеющий только электротепловой расцепитель, называют электротепловым реле ( ниже см. 1.1.10 “Реле электротепловые” ).
Дополнительно выключатели могут снабжаться расцепителями:
минимальными ( минимального или нулевого напряжения ) – для автоматического отключения выключателя при снижении напряжения ниже допустимого уровня или его исчезновении( рис. 9 и 10 );
независимыми – для дистанционного отключения выключателя путем подачи на
пряжения на катушку расцепителя ( рис. 11 и 12 ).
Рассмотрим поочередно устройство и принцип действия каждого упомянутого рас-
цепителя.
Электромагнитный расцепитель
Электромагнитный расцепитель предназначен для отключения выключателя тока-
ми короткого замыкания, Его часто называют максимальным расцепителем. По устройст-
ву и принципу действия – это реле максимального тока.
Рис. 6. Принципиальная схема максимального расцепителя: 1 – рукоятка включения; 2 – удерживающий рычаг; 3 – отключающий рычаг; 4 – регулировочная пружина; 5 – отключающая пружина; 6 – катушка; 7 – якорь; 8 – подвижный контакт; 9 – неподвижный контакт
В исходном состоянии выключатель включен, ток цепи меньше тока уставки. При
этом удерживающий рычаг 2 находится в зацеплении с отключающим рычагом 3. Подвиж
ный 8 и неподвижный 9 контакты замкнуты, и через них и токовую катушку 6 протекает ток.
При коротком замыкании ток в катушке увеличивается и якорь 7, преодолевая про-
тиводействие регулировочной пружины 4, перемещается вниз. Якорь воздействует на отключающий рычаг 3 и выводит его из зацепления с удерживающим рычагом 2.
Подвижный контакт 8 под действием отключающей пружины 5 поворачивается в
направлении против часовой стрелки и размыкается с неподвижным 9.
Рукоятка включения выключателя 1 устанавливается в промежуточное положе-
ние, по которому легко определить, что выключатель отключился автоматически.
Рис. 7. Кинематическая схема максимального расцепителя: 1 – шина, 2 – сердеч-
ник; 3 – якорь, 4 – отключающий валик; 5 – отключающая пружина; 6 – отключающий рычаг; 7 – плечо отключающего валика; 8 - регулировочная гайка
На рис. 4 изображена показана одна из конструкций максимального расцепителя.
В ней в качестве катушки реле максимального тока используется токоведущая ши-
на 1, на которую надет сердечник 2. На якоре 3 реле укреплен отключающий рычаг 6, на-
ходящийся в зацеплении с отключающим валиком 4. Отключающая пружина 5 отттягива-
ет отключающий рычаг 6 вниз.
При коротком замыкании якорь 3 притягивается к сердечнику 2. Отключающий ры
чаг 6, преодолевая противодействие регулировочной пружины 5, поворачивается по часо-
вой стрелке вокруг оси О и ударяет по выступающему плечу 7 отключающего валика 4. Валик поворачивается в направлении против часовой стрілки вокруг оси О , что приво-
дит к размыканию контактов выключателя.
Значение тока срабатывания ( тока уставки ) регулируют при помощи гайки 8. Чем сильней при помощи этой гайки растянута пружина 5, тем ток уставки больше, и наобо-
рот. С пружиной связана стрелка-указатель, скользящая вдоль шкалы , проградуирован-
ной в долях номинального тока, например, 0,7; 1,0; 1,5; 1,7; 2,0.
Комбинированный расцепитель
Комбинированный расцепитель предназначен для отключения выключателя как токами короткого замыкания, так и токами перегрузки и поэтому содержит электромагнит
ное и электротепловое реле.
Рис. 8. Кинематическая схема комбинированного расцепителя: 1 – шунт; 2 – биме-
таллическая пластина; 3 – регулировочный винт электротеплового реле; 4 – отключающий валик; 5 – якорь; 6 – токопровод; 7 – сердечник; 8 – регулировочные гайки электромаг-
нитного реле
Электротепловое реле включает в себя нагревательный элемент – шунт 1, биме-
таллическую пластину 3 и регулировочный винт 3.
При перегрузке количество тепла, выделяемое в шунте, увеличивается. Биметалли-
ческая пластина изгибается и винтом 3 поворачивает отключающий валик 4 по часовой
стрелке вокруг оси О . Выключатель отключается.
Электромагнитное реле включает в себя сердечник 7, якорь 5, а в роли катушки вы
ступает токопровод ( участок шины ) 6.
При коротком замыкании якорь 5 притягивается к сердечнику 7 и поворачивает отключающий валик 4 по часовой стрелке вокруг оси О . Выключатель отключается.
Ток уставки электротеплового реле регулируют винтом 3, при помощи которого изменяют начальное расстояние между головкой винта и отключающим валиком: чем это расстояние больше, тем ток уставки больше, и на оборот.
Ток уставки электромагнитного реле регулируют перемещением гаек 8 вверх или вниз по резьбе. Тем самым изменяют начальное расстояние между якорем 5 и сердечни-
ком 7. Чем это расстояние больше, тем ток уставки больше, и на оборот.
Минимальный расцепитель
Предназначен для отключения выключателя при снижении напряжения ниже напря
жения уставки.
Рис. 9. Принципиальная схема минимального расцепителя: 1 – рукоятка включе-
ния; 2 – удерживающий рычаг; 3 – отключающий рычаг; 4 – регулировочная пружина; 5 – отключающая пружина; 6 – катушка; 7 – якорь; 8 – подвижный контакт; 9 – неподвижный контакт
Принципиальная схема минимального расцепителя устроена так же, как максималь
ного ( рис. 6 ), за единственным исключением – вместо токовой катушки в данной схеме
используется катушка напряжения. В цепь последней включена кнопка SB «Отключение».
При нормальном напряжении отключающий рычаг 3 находится в зацеплении с удерживающим рычагом 2.
При снижении напряжения якорь 7 под действием пружины 4 перемещается вверх, при этом отключающий рычаг 3 выходит из зацепления с удерживающим рычагом 2. Контакты размыкаются, выключатель отключается.
Схема работает аналогично при нажатии кнопки SB «Отключение».
Рис. 10. Кинематическая схема минимального расцепителя: 1, 8, 9 – рычаги; 2- сер-
дечник; 3 – катушка; 4 – якорь; 5 – регулировочная пружина; 6 – защелка; 7 – отключаю-
щий валик; 10 – промежуточный валик механизма свободного расцепления; 11- регулиро-
вочная гайка
Минимальный расцепитель представляет собой реле минимального напряжения.
Реле состоит из сердечника 2, катушка 3 и якоря 4. Якорь через рычаги 8 и 1 механически связан с отключающим валиком 7. Регулировочная ( она же – отключающая ) пружина 5 растянута и стремится оторвать якорь от сердечника. Защелка 6 находится в механиче-
ском зацеплении с промежуточным валиком 10 механизма свободного расцепления.
При снижении напряжения ( или отключении катушки ) якорь реле под действием пружины 5 отрывается от сердечника. Рычаг 1 перемещается вниз и поворачивает отклю-
чающий валик 7 вокруг оси О по часовой стрелке. При этом контакты выключателя раз-
мыкаются.
Одновременно рычаг 9 нажимает на нижний край защелки 6, которая повернется во
круг оси О в направлении против часовой стрелки и освободит промежуточный валик 10 механизма свободного расцепления. В результате рукоятка выключателя повернется и установится в среднее положение “Автоматическое отключение”.
Напряжение отключения расцепителя регулируют гайкой 11. Чем сильней зажата эта гайка, тем при большем напряжении якорь оторвется от сердечника ( уставка увеличи
вается ), и наоборот.
Независимый расцепитель
Предназначен для дистанционного отключения выключателя оператором. Таким образом, отключение этого выключателя не зависит от электрических параметров цепи,
например, тока или напряжения – отсюда название «независимый».
Рис. 11. Принципиальная схема независимого расцепителя: 1 – рукоятка включе
ния; 2 – удерживающий рычаг; 3 – отключающий рычаг; 4 – регулировочная пружина; 5 – отключающая пружина; 6 – катушка; 7 – якорь; 8 – подвижный контакт; 9 – неподвижный контакт
Принципиальная схема независимого расцепителя устроена так же, как минималь-
ного ( рис. 9 ), за единственным исключением – в цепи катушки напряжения кнопка SB
«Отключение» имеет замыкающий контакт ( на рис. 9 – размыкающий ).
В исходном состоянии ток через катушку напряжения 6 не протекает, отключаю-
щий рычаг 3 находится в зацеплении с удерживающим рычагом 2. Контакты замкнуты, выключатель включен.
При необходимости отключить выключатель нажимают кнопку SB, через катушку
6 протекает ток, якорь реле 7, преодолевая противодействие пружины 4, перемещается вниз и разобщает рычаги 3 и 2. Контакты размыкаются, выключатель отключается.
Рис. 12. Кинематическая схема независимого расцепителя: 1 – сердечник; 2 – катуш
ка; 3 – якорь; 4 – защелка; 5 – промежуточный валик механизма свободного расцепления
Кинематическая схема независимого расцепителя устроена так же, как минимально
го, за исключением: в исходном состоянии якорь реле 3 не притянут к сердечнику 1.
При подаче питания на катушку реле якорь 3 притягивается к сердечнику 1 и ударя
ет по нижней части защелки 4. Защелка поворачивается вокруг оси О в направлении про
тив часовой стрелки и освободит промежуточный валик 10 механизма свободного расцеп-
ления В результате рукоятка выключателя повернется и установится в среднее положение “Автоматическое отключение”.
В отличие от минимального расцепителя, в независимом расцепителе напряжение срабатывания не регулируется.
Характеристики автоматических выключателей
Основной характеристикой автоматических выключателей является защитная или
время-токовая ( рис. 10 ).
Защитной характеристикой называется зависимость времени отключения выклюю
чателя от тока, т.е. t ( I ).
Защитные характеристики выключателей зависят от типа расцепителя или, если их несколько, расцепителей выключателя.
Рассмотрим 3 вида характеристик выключателя:
с электромагнитным ( максимальным ) расцепителем ( рис. 13, а );
с тепловым расцепителем ( рис. 13, б );
с комбинированным расцепителем ( рис. 13, в ).
Рис. 13. Защитная характеристика автоматического выключателя с разными видами расцепителей: а – электромагнитным; б – тепловым; в - комбинированным
Если автомат снабжен только максимальным расцепителем, то он не отключается
до тех
пор, пока ток контролируемой цепи не
возрастет до значения I
≥ 1,5 I
(
рис. 13,
а ). Например, если кратность тока I / I = 1, т.е. ток цепи – номинальный, время сраба-
тывания выключателя t = ∞ ( т.е выключатель не сработает ).
При токе I ≥ 1,5 I
выключатель
отключается, причем время срабатывания
t
= = 0,03 с. Это время в зоне токов
короткого замыкания ( т.е. при I
> 1,5 I
)
не зависит от величины тока к.з., т.е. оно
одинаково при I = 2, 3, 4 I
,
и т.д.
Малое время срабатывания является весьма ценным свойством автоматических выключателей, т.к. сводит к минимуму последствия протекания тока к.з. , например, на-
грев обмотки статора асинхронного двигателя при межвитковом замыкании в ней и т.п.
Это время определяется механической инерционностью всех движущихся частей выключа
теля.
Если автомат снабжен только тепловым расцепителем, то он не отключается при
токах, меньших или равных номинальному ( рис. 13, б ), но в зоне перегрузок, т.е. при токе I > I , отключается с выдержкой времени, обратно пропорциональной квадрату тока. Например, при кратности тока I / I = 2, время срабатывания выключателя t = = 200 с, а при кратности I / I = 4 это время составляет t = 50 с. Иначе говоря, ток увеличился в 2 раза, а время срабатывания уменьшилось в 4 раза.
Примечание: промышленность не выпускает автоматические выключатели с одним только тепловым расцепителем, поэтому предыдущий абзац имеет условный характер
Если автомат снабжен комбинированным расцепителем, то его защитная характери
стика ( рис. 13, в ) представляет собой сочетание рассмотренных выше двух характери-
стик на рис. 13, а и 10, б.
Работе теплового расцепителя соответствует кривая abc, электромагнитного – a'b'c', комбинированного – abb'c'.
При токах нагрузки, меньших 1,5 I , работает только тепловой расцепитель, т.к. уставка электромагнитного расцепителя больше уставки теплового расцепителя. При то-
ках нагрузки, превышающих уставку электромагшнитного расцепителя, работает только электромагнитный расцепитель, т.к. тепловой расцепитель имеет при этих токах большее время срабатывания ( из-за тепловой инерции ).