Выключатель нагрузки: устройство, принцип работы, применение, подключение

Предназначение выключателя нагрузки

Автогазовый выключатель нагрузки Выключатель нагрузки – это коммутационное устройство, которое оснащено дугогасительной камерой и приводом для управления. Электропривод может быть мускульным, срабатывающим при помощи натянутой пружины, или с соленоидом дистанционного отключения. Основное назначение прибора – механическое размыкание или замыкание цепи на участке, который находится под нагрузкой. Рассчитан на отключение токов аварийного режима, из-за чего допустима установка только при условии наличия защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Любой переключатель нагрузки состоит из следующих частей: пружинного механизма, силовых контактов, заземляющих ножей, разъединителя с полюсами. Полюса размещаются в раме. Основной подвижный контакт представляет собой 2 стальные пластины. Для гашения дуги используется специальный медный контакт. Включается и выключается механизм при помощи натянутых пружин. Подробное описание конструкции будет рассмотрено на примере модели ВНР 10/400. В его составе есть:

рама;
опорный изолятор;
рабочие, заземляющие ножи;
держатель с контактами;
камера гашения;
тяга изолирующая и блокировочного устройства;
вал заземления и рабочих ножей;
рычаг;
пружины;
внутренние прокладки.

Конструкция выключателя нагрузки ВНР 10/400 При включении подвижные контакты располагаются в камере. Внизу есть другие контакты, которые выполняют гашение. При отключении размываются основные контакты, после чего – дугогасительные. Дуга переходит в камеру, где под воздействием высоких температур выделяется газ от оргстекла. В этом газе дуга гасится за несколько миллисекунд.

Технические характеристики:

способ закрепления;
номинальный ток;
дополнительные опции;
комплектация;
конструкция;
номинальное напряжение.

Как устроен механизм выключателя

Устройство выключателя нагрузки состоит из рамы и вала. На раме закреплены шесть изоляторов опорных. Из этих изоляторов к раме, в нижней ее части, закреплены три, на которых расположены ножи-контакты. Оставшиеся контакты установлены на раме вверху. На них контакты главного назначения и дугогасительные. Чтобы осуществить движение к ножам-контактам, рычаги вала соединены с тягами из электроизоляционного материала.

В конечных точках вала имеется по паре пружин отключения. Они ускоряют процесс разъединения выключателя в момент высвобождения системы, где привод свободно расцепляется. В этих же местах установлены буферные резиновые прокладки, предотвращающие механические удары во время отключения.

В камерах дугогашения происходит процесс разъединения специальных контактов дугогасительных. Материал исполнения контактов – фенопласт с вкладышами на основе полиамида стеклонаполненного. Форма вкладышей и самих камер дугообразна. Такое конструктивное решение позволяет плавно заходить в них контактам дугогашения.

В процессе включения цепи в первую очередь происходит соединение дугогасительных контактов, далее замыкаются главные контакты с ножами. Когда нагрузку отключают, весь процесс происходит в обратной последовательности.

Подключение

На линиях электропередач ВН размещают перед силовыми трансформаторами. Если техническая документация предусматривает наличие разъединителей – они устанавливаются после ВН.

В многоквартирной электросети ВН устанавливаются в распределительных щитках (если есть доступ) или в другом доступном месте, отдельно на каждую квартиру.

В производственных цехах мини рубильник целесообразно устанавливать возле каждого станка, для обеспечения возможности экстренного его отключения.

В бытовой электросети выключатели нагрузки устанавливаются, как правило, перед счётчиком, хотя могут монтироваться и после прибора учёта. Но обязательно перед защитными устройствами – автоматами, пробками и т. п. В качестве примера приводим схему подключения ВН в однофазной сети.

Рис. 7. Схема подключения ВН в домашней сети

Переключатели нагрузки

Трёхклавишный выключатель с розеткой: выбор и подключение

Переключатель нагрузки служит для коммутации электрических цепей и имеет больше контактов. Переключателем можно коммутировать одну или несколько сетей. Его также называют перекидным или переходным выключателем. С его помощью можно образовать новую цепь.

В квартирах маломощные переключатели используют для независимого управления освещением из разных мест.

Схема проходного выключателя

На рисунке изображена схема подключения двух переключателей для включения лампочки из двух мест. Фазный провод выполнен коричневым, а нулевой – синим цветами. Черным цветом обозначены провода, соединяющие контакты соседних переключателей между собой. Нажимая на клавишу любого переключателя, можно независимо подавать напряжение на лампочку или отключать ее.

В многоэтажных жилых домах мощными перекидными рубильниками производят ввод в действие новой питающей линии, когда на одной из них происходит авария.

Схема питания жилого дома

При выходе из строя магистрали (1) производится переход на магистраль (2) с помощью перекидных рубильников (3).

Аналогично выключателю переключатель нагрузки способен выдерживать номинальный нагрузочный ток. На рисунке ниже изображены популярные модели, которые можно приобрести на рынке для домашних нужд. С их помощью можно переключать нагрузки электрокотлов, сварочных аппаратов и другой бытовой техники.

Виды переключателей, представленные на современном рынке

Технические характеристики устройства

Приборы, осуществляющие выключение нагрузки путем размыкания электрической цепи, обладают различными техническими характеристиками

Все они имеют важное значение и становятся определяющими при выборе подходящего для приобретения агрегата и его последующего монтажа

Показатель номинального значения напряжения отражает рабочее напряжение электротехнического прибора, на которое он изначально рассчитан производителем.

Максимальное значение рабочего напряжения показывает крайне возможное допустимое высокое напряжение, при котором выключатель способен функционировать в нормальном режиме без ущерба для своей работоспособности. Обычно эта цифра превышает размер номинального напряжения на 5-20%.

Поток электрического тока, при прохождении которого уровень прогрева изоляционного покрытия и частей токопровода не препятствует нормальной работе системы и может быть выдержан всеми элементами в течение неограниченного времени, называется номинальным током. Его значение обязательно учитывается при выборе и покупке выключателя нагрузки.

Величина сквозного тока допустимых пределов демонстрирует, какой объем тока, протекающего по сети в режиме короткого замыкания, сможет выдержать установленный в системе выключатель нагрузок.

Ток электродинамической стойкости отражает величину тока короткого замыкания, которая, воздействуя на прибор в течение нескольких первых периодов, не оказывает на него никакого негативного воздействия и механически его никак не повреждает.

Ток термической стойкости определяет предельный уровень тока, чье нагревающее действие на протяжении определенного отрезка времени не выводит из строя выключатель нагрузки.

Также очень важны техническое выполнение привода и физические параметры приборов, определяющие общий размер и массу устройства. Ориентируясь на них, можно понять, где удобнее будет разместить аппараты, чтобы они корректно работали и четко выполняли поставленные задачи.

Среди безусловных положительных качеств устройств, отвечающих за отключение нагрузки, находятся следующие позиции:

простота и доступность в изготовлении;
элементарный способ эксплуатации;
очень низкая стоимость готового изделия по сравнению с другими видами выключателей;
возможность комфортной активации/деактивации номинальных токов нагрузок;
видимый глазу разрыв между контактами, обеспечивающий полную безопасность любых работ на отходящих линиях (монтаж дополнительного разъединителя не требуется);
недорогая защита от сверхтокового потока посредством предохранителей, как правило, заполненных кварцевым песком (тип ПКТ, ПК, ПТ).

Из минусов выключателей всех типов наиболее часто упоминается способность коммутировать только номинальные мощности, не работая при этом с токами аварийного режима.

Автогазовым модулям обычно ставят в упрек ограниченный рабочий ресурс, обусловленный постепенным выгоранием внутренних деталей, генерирующих образование газа в дугогасительной камере.

Однако этот момент вполне решаем, причем небольшими средствами, так как элементы газогенерации и парные контакты, предназначенные для дугопоглащения, стоят очень недорого и легко заменяются, причем, не только профессионалами, но и рабочими с невысокой квалификацией.

Произошло отключение автомата: что делать

Неопытный пользователь при срабатывании автоматического выключателя и отключении света спешит восстановить работу бытовых приборов, поэтому просто открывает защитную крышку и включает устройство. Однако это не совсем правильное решение, лучше предварительно выяснить причину отключения.

Первое, что необходимо сделать, – совершить проверку подключенных бытовых агрегатов и устройств, обращая внимание на внешний вид розеток и вилок, наличие или отсутствие запаха жженой пластмассы. Слишком горячие вилки также должны насторожить

Одна из частых причин – увеличение энергетической нагрузки. Если у вас работает стиральная машина и микроволновка, а при включении пылесоса сработала защита, значит, произошла эксплуатационная перегрузка. Решение одно – равномерно распределить нагрузку, то есть включать мощные приборы по очереди.

Если из нескольких устройств постоянно реагирует только одно, проверьте исправность всех приборов, имеющих отношение к данной цепи (перегорела лампочка, произошло замыкание). Причина может крыться в проводке – в этом случае обязательно пригласите электрика

Если количество приборов не увеличилось, нагрузка не изменилась, а выключение произошло – возможно, виновата высокая температура. При повышении температурной нормы в щитке автомат также может сработать.

И последняя причина – выход из стоя самого автоматического выключателя. После нескольких реагирований на серии возросших токов, ТКЗ, гашений дуги он приходит в негодность, что можно определить по внешним признакам. Если клеммы обуглились или пластик оплавился, необходимо произвести замену устройства.

Применение

Выключатели нагрузки применяются в распределительных сетях с целью коммутации линий, силовых трансформаторов, работающих при номинальных напряжениях. Устройства могут использоваться для включения/отключения дополнительных нагрузок, но они не предназначены для защиты от коротких замыканий, за исключением тех конструкций, в которых установлены плавкие предохранители (см. рис. 1).

Рис. 1. ВН с предохранителями

Такими разъединителями мощности оборудуются высоковольтные линии на 6 – 10 кВ, для токов, не превышающих 400 – 600 А. Для коммутации и защиты более мощных линий электропередач применяются релейные устройства. В маломощных сетях допускается использование ВН без предохранителей.

Существуют компактные выключатели нагрузок до 100 А, которые легко монтируются в распределительных устройствах. Такие рубильники внешне похожи на конструкцию автоматического выключателя (см. рис. 2) и устанавливаются на входах сетей многоквартирных и частных домов. Они управляются только вручную и не отключаются при достижении тока срабатывания защиты.

Рис. 2. Маломощные выключатели нагрузки

Основные характеристики автоматических выключателей

К основным характеристикам, на которые необходимо обращать внимание при выборе, можно отнести:

Количество полюсов
Рабочее напряжение
Класс токоограничения
Номинальный ток
Отключающая способность (ток короткого замыкания)
Время-токовая характеристика

Количество полюсов

Я думаю, с этим параметром все понятно. В случае однофазной цепи устанавливаются автомат однополюсной или двухполюсной. Для трехфазных цепей применяют трех и четырехполюсные автоматы.

Единственное, что здесь можно отметить, что конструктивно двух и четырехполюсные автоматы могут быть выполнены с защитой всех полюсов, либо только фазных.

Рабочее напряжение

Следующий параметр — рабочее напряжение автомата. Этот параметр должен быть равным или больше номинального напряжения сети.

Класс токоограничения

Данный параметр указывает на время гашения дуги, или если говорить более развернуто, время от момента начала размыкания силовых контактов автоматического выключателя до момента полного гашения электрической дуги в дугогасительной камере.

Современные выключатели имеют третий класс, то есть дуга в них гасится за 3-5 миллисекунд.

Номинальный ток (In)

Этот параметр показывает значение допустимого тока автомата, при превышении которого он отключится и разомкнет цепь. Номинальный ток автомата выбирается в зависимости от сечения кабеля и мощности потребителей.

Например, нам надо подобрать автоматический выключатель для комнаты. Для начала определим общую суммарную мощность. Для этого необходимо суммировать мощность всех электроприборов, которые находятся в комнате. Предположим, общая мощность составляет 4000 Вт. Далее рассчитаем силу тока по формуле:

I = P/U

где Р — суммарная мощность всех электроприборов, Вт; U — напряжение сети.

В нашем случае, разделив 4000 на 220 получим 18,18 А. Зная величину тока, подбираем сечение провода. Для 18,18 А, выбираем сечение провода 2,5 кв.мм. Для данного сечения подбираем ближайшее значение номинального тока автомата и округляем в меньшую сторону. Значение номинального тока автомата будет составлять 16 А.

Отключающая способность

Данная характеристика показывает величину максимального тока, которую может выдержать автомат без последствий, то есть подвижные контакты автомата не приварятся к неподвижным в следствии возникновения и гашения дуги при размыкании.

Чем выше будет отключающая способность автомата, тем больше вероятность, что он прослужит дольше, но при этом и цена будет выше, причем иногда значительно.

Необходимость использования автоматического выключателя, с тем или иным максимальным током срабатывания, зависит от места подключения их в цепи по отношению к источнику электроэнергии, протяженности трассы, качества поставляемой электроэнергии. Вообще, при выборе данной характеристики автомата, руководствуются расчетными токами короткого замыкания.

У нас, в жилых помещениях используются автоматы с током срабатывания 4,5 или 6 кА, хотя, насколько мне известно, в Европе запрещено использование автоматических выключателей с отключающей способностью менее 6 кА.

Время-токовые характеристики отключения

Этот параметр показывает, за какой промежуток времени автомат отключится при прохождении через него тока, превышающего номинальный ток.

Существует несколько типов время-токовых характеристик, в зависимости от назначения.

На практике распространение получили только три типа – B, C, D.

Тип B (кратковременное увеличение тока в 3-5 раз от номинального) применяются для защиты потребителей с преимущественно активной нагрузкой (цепи освещения, обогреватели, печи). Применяются в основном в квартирах и жилых помещениях.
Тип C (кратковременное увеличение тока в 5-10 раз от номинального) наиболее широко применяемые. Предназначены для защиты цепей установок с небольшими пусковыми токами — розетки, холодильники, кондиционеры, газоразрядные лампы.
Тип D (кратковременное увеличение тока в 10-50 раз от номинального) применяются в основном для защиты электродвигателей с частым запуском и большим пусковым током. Используются чаще всего на промышленных производствах.

Остальные типы характеристик можно не рассматривать, так как применяются они очень редко и в продаже их найти проблематично.

В завершении статьи хотел бы сказать, что автоматический выключатель устройство хоть и простое, но очень важное, поэтому выбор автоматического выключателя — дело ответственное, так как в случае возникновения аварийной ситуации правильно выбранный автоматический выключатель защищает не только имущество, электрооборудование, но и вас

Как устроен механизм выключателя

Положение контактов дугогашения при отключенной нагрузке характеризуется наличием видимой воздушной прослойки между ними и камерой, по принципу разъединителя обычного. В момент отключения появляется электрическая дуга, и все это сопровождается сильным излучением тепла, нагревающего полиамид стеклонаполненный. Последний образует газовыделение, гасящее дугу.

Предназначение выключателя нагрузки

Автогазовый выключатель нагрузки

Выключатель нагрузки – это коммутационное устройство, которое оснащено дугогасительной камерой и приводом для управления. Электропривод может быть мускульным, срабатывающим при помощи натянутой пружины, или с соленоидом дистанционного отключения. Основное назначение прибора – механическое размыкание или замыкание цепи на участке, который находится под нагрузкой.

рама;
опорный изолятор;
рабочие, заземляющие ножи;
держатель с контактами;
камера гашения;
тяга изолирующая и блокировочного устройства;
вал заземления и рабочих ножей;
рычаг;
пружины;
внутренние прокладки.

Конструкция выключателя нагрузки ВНР 10/400

Технические характеристики:

способ закрепления;
номинальный ток;
дополнительные опции;
комплектация;
конструкция;
номинальное напряжение.

Схемы подключения

Итак, принцип работы автоматического выключателя теперь понятен, можно переходить непосредственно к схемам его подключения. Начнем с того, что автоматы могут подключаться в однофазные и трехфазные сети. Какие автоматы для этого необходимы? Если разговор вести от однофазных сетях с напряжением в 220 вольт, то в них обычно устанавливается или однополюсный прибор, или двухполюсный. Сама схема будет зависеть от того, используется ли в ней заземляющий контур или нет.

Если в дом входят два провода (ноль и фаза), то в распределительный шкаф можно ставить однополюсный вариант. При этом фазный контур будет проходить именно через сам автомат. Если внутрь дома входит три провода (фаза, ноль и заземление), то общий автомат должен быть двухполюсным. То есть, к первой клемме прибора подключается фаза, ко второй ноль. Заземление через отдельную клеммную коробку разводится до потребителей (светильники и розетки). Далее, провода от автоматического выключателя проводятся до счетчика, затем к однополюсным автоматам, установленных по группам, но уже как было описано в первом случае. Кстати, вот ниже данная система подключения автомата.

Что касается трехфазной сети, то в данном случае лучше всего ставить трехполюсные или четырехполюсные конструкции. Здесь все точно так же, как и в случае с однофазным подключением. То есть, если в доме используется разводка без заземления, то к неподвижным контактам подключаются три фазы питающей сети. Нулевой провод разводится как отдельный контур до потребителей (розетки и лампы). Если в доме присутствует система заземления, то устанавливается четырехполюсная модель, то есть, к прибору будут подключаться три фазы и ноль, а контур заземления пойдет отдельной линией до потребителей.

Классификация выключающих модулей

Изделия, отвечающие за деактивацию нагрузки в электросети, производятся в нескольких разных вариантах. Классификация приборов осуществляется по методу гашения дуги, возникающей при деактивации нагрузки, и по типу дугопогашающей камеры.

Выключатель нагрузки автогазового типа чаще всего монтируется в распределительных устройствах, обслуживающих боксах и на трансформаторных подстанциях. Активирующий привод в модуле бывает ручным и электрическим

Производители, работающие на рынке электрического оборудования, выпускают выключатели нагрузок следующих видов:

автогазовые – стенки камеры, нагреваясь под воздействием электрической дуги, выделяют специальный газ, который ее и поглощает;
вакуумные – в вакуумных выключателях используются свойства среды, в которой не распространяется электрическая дуга;
электромагнитные – электромагнитные реле воздействуют на дугу электромагнитным полем и таким способом меняют ее направление;
автопневматические – гасят электрическую дугу посредством сжатия воздуха, находящегося в камере, мощным пружинным элементом;
элегазовые – полость поглотительной камеры элегазовых выключателей наполнена электротехническим газом, состоящим из шестифтористой серы. Этот бесцветный тяжелый элемент в шесть раз тяжелее воздуха и очень быстро гасит возникшую при разъединении контакта электрическую дугу.

Автогазовые устройства сегодня распространены наиболее широко и пользуются максимальным спросом. Однако им буквально «наступают на пятки» вакуумные агрегаты, признанные специалистами самыми перспективными, прогрессивными, эффективными и надежными выключателями напряжения.

В вакуумных выключателях камеры гашения снабжены дополнительной надежной изоляцией. Благодаря этому срок их службы и устойчивость к эксплуатационному износу существенно выше, нежели у автогазовых аналогов

Непосредственное управление приборами осуществляется с помощью ручного привода рычажного типа, оснащенного встроенным электромагнитом, позволяющим осуществлять дистанционное отключение.

Помимо выше описанных параметров выключатели нагрузки отличаются друг от друга по количеству полюсов контактов. Сегодня на рынке предлагаются одно-, двух- и трехполюсные модули, предназначенные для корректного отключения нагрузки в токоподающей системе.

Еще одна важна особенность – это конструкция исполнительного механизма.

Этот узел может бывает:

электромагнитным;
тепловым;
полупроводниковым;
комбинированным.

Последняя черта касается принципа установки модуля. Он может быть выдвижным, стационарным или неподвижным. Выбор осуществляется в зависимости от расположения электросети и внешних погодных условий в месте размещения.

Неполадки в работе масляных выключателей и их устранение

Неполадки в работе масляных выключателей приводят к крупным авариям с образованием пожаров в распределительных устройствах.

Частые неполадки:

— отказы выключателей в отключении токов короткого замыкания;

— неисправности контактных систем, перекрытия элементов внутренней и внешней изоляции;

— поломки изолирующих частей;

— отказы передаточных механизмов и приводов.

Отказ в отключении тока связан несоответствием фактической отключающей способности выключателей условиям их эксплуатации.

Чтобы не допустить этого, надо периодически проверять соответствие параметров выключателей реальным условиям их работы.

На практике не должны создаваться такие схемы работы подстанций, при которых мощность короткого замыкания превышает отключающую способность выключателей.

В аварийных и ремонтных ситуациях при необходимости соединения на параллельную работу двух систем шин и более (например, включением секционных выключателей) эта операция должна сопровождаться проведением мероприятий, приводящих к ограничению токов КЗ.

Неполадки контактных систем: недовключения подвижных контактов, зависания контактов в промежуточном положении, разрушения металлокерамики, поломки розеточных контактов. Это препятствует отключениям и включениям выключателей и приводит к образованию дуги с последующим взрывом выключателя.

Перекрытия изоляции происходят при коммутационных и грозовых перенапряжениях и в результате загрязнения изоляции уносами промышленных предприятий вблизи подстанции.

У выключателей серий ВМГ и ВМП нередки случаи перекрытий опорной изоляции по загрязненной и увлажненной поверхности.

Отказы в работе передаточных и операционных механизмов и приводов происходят в результате поломок отдельных деталей и нарушений регулировки. Это приводит к заеданию валов, застреванию тяг и ненормальной работе контактных систем, что приводит к авариям.

Причины отказа приводов — некачественная регулировка, затирания в механизме расцепления и сердечников электромагнитов, дефекты пружин, нарушения связей между частями механизма привода из-за выпадения осей, пальцев.

Крепление проводки к клеммам выключателей

Для установки в бытовых системах освещения применяются только две разновидности креплений проводки к контактам выключателей – винтовая и безвинтовая.

Винтовое соединение это стандартный более привычное привычный способ крепления когда провод вставляется в клемму, которая болтом притягивается к основанию. У этого метода крепления есть один недостаток – под воздействием электрического тока все проводники немного вибрируют, поэтому со временем такое соединение может ослабнуть, особенно если жила многопроволочная.

Безвинтовое соединение это по сути зажим на пружине – в который провод вставляется и затем фиксируется. Форма зажима препятствует самопроизвольному выпадению вставленной в него жилы, а пружина нивелирует вибрации вызываемые током, поэтому такое соединение не нуждается в периодическом подтягивание контактов.

К недостаткам безвинтовых соединений относятся малая площадь контакта между проводом и зажимом и то, что они не рассчитаны на подключение алюминиевых проводов.

На практике нет особой разницы между использованием тех или иных выключателей так как современные осветительные устройства обладают невысокой мощностью. Следовательно ток через клеммы проходит небольшой и не оказывает заметного влияния ни на болтовые соединения ни на зажимы.

Сеть однофазного типа

К такой цепи может подключаться только рубильник двухполюсного варианта изготовления. В конструкции должен быть блок питания со значением рабочего напряжения в пределах 300 В. Сопротивление требуется 50 Ом.

Особенностью является одновременное применение счетчиков, хотя переключатели в данной модификации задействуются крайне редко. Существует требование и по материалу перемычек. Для их изготовления должна применяться исключительно медь, как это видно на фото перекидного рубильника.

Когда планируется монтаж в домах жилого типа, то требуется наличие электрощитов, относящихся к категории КК202 или некоторых других модификаций. Реверсные блоки задействовать при таком варианте нецелесообразно, поскольку при наличии однофазной цепи наблюдается расхождение в параметрах.

Это интересно: Для чего нужен и как сделать змеевик для самогонного аппарата своими руками

Чем рубильник отличается от автомата, и в каких цепях он монтируется

Разница между автоматом и рубильником

Чем отличается автомат от рубильника, когда применяются первый, и для чего используется второй? Какие конструктивные особенности и типы этих коммутационных аппаратов бывают?

Все это мы разберем в нашей статье, и для этого прежде всего рассмотрим конструкцию сначала рубильника, а затем автомата. Затем остановимся на вопросах, связанных с особенностями эксплуатации этих коммутационных аппаратов и сферах их применения. Это позволит вам не только увидеть кардинальные различия между этими аппаратами, но и понять их с чем это связано.

Конструкция рубильника и автомата

Начнем мы наш разговор именно с конструкции и типов автоматов и рубильников. Уже только эта тема позволит вам понять их принципиальное отличие.

Конструкция рубильника

На данный момент вы можете встретить огромное количество рубильников как по назначению, так и по конструкции. Для начала давайте разберем конструкцию простейшего рубильника, а затем разберем наиболее популярные модификации и виды рубильников.

На фото выше представлен трехполюсный рубильник с возможностью одновременного отключения всех трех полюсов. Некоторые трехполюсные рубильники выполнены с возможностью поочерёдного отключения каждого полюса. Для нашего варианта для этого необходимо было бы снять черную связующую ось и тогда каждым полюсом можно было бы управлять отдельно.