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:

1. с электромагнитным ( максимальным ) расцепителем ( рис. 13, а );

2. с тепловым расцепителем ( рис. 13, б );

3. 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 ).