Расцепители внутренние

Расцепители внутренние: устройство, типы, принцип действия и применение в автоматических выключателях

Внутренний расцепитель – это ключевой функциональный модуль автоматического выключателя, предназначенный для обнаружения аномальных условий в защищаемой цепи (сверхтоков, утечек тока, снижения напряжения) и инициирования механизма расцепления контактов. В отличие от внешних приставок, эти устройства конструктивно интегрированы в корпус аппарата и определяют его основные защитные характеристики. Их корректная работа является основой селективности, безопасности и надежности любой низковольтной распределительной системы.

Классификация и принцип действия внутренних расцепителей

Внутренние расцепители классифицируются по типу обнаруживаемой аномалии и физическому принципу действия. Современные автоматические выключатели, особенно в литом корпусе (МССВ) и воздушные (ACB), часто комбинируют несколько типов расцепителей в одном устройстве.

1. Тепловой расцепитель (защита от перегрузки)

Предназначен для защиты кабелей, проводов и оборудования от токов перегрузки, незначительно превышающих номинальный ток выключателя. Действие основано на физическом принципе биметаллической пластины.

• Устройство: Биметаллическая пластина, состоящая из двух прочно соединенных металлов с разным коэффициентом теплового расширения. Пластина включена последовательно в силовую цепь и нагревается протекающим током.
• Принцип действия: При длительном протекании тока перегрузки нагрев вызывает изгиб пластины вследствие неравномерного расширения металлов. При достижении заданного изгиба (соответствующего уставке тока и времени) пластина воздействует на механизм свободного расцепления, размыкая контакты. Время срабатывания обратно зависимо от тока (обратнозависимая выдержка времени).
• Ключевые параметры: Номинальный ток расцепителя (Iн), характеристика срабатывания (например, кривая «k» для двигателей), нерегулируемый или регулируемый диапазон уставок.

2. Электромагнитный расцепитель (мгновенная защита от КЗ)

Обеспечивает мгновенное отключение при коротких замыканиях, когда ток в цепи многократно превышает номинальный.

• Устройство: Соленоид (катушка) с подвижным сердечником (якорем), включенный последовательно в цепь.
• Принцип действия: При достижении тока короткого замыкания магнитный поток внутри соленоида резко возрастает, втягивая сердечник. Сердечник с силой ударяет по рычагу механизма расцепления, вызывая немедленное размыкание контактов. Срабатывание происходит за миллисекунды.
• Ключевые параметры: Уставка тока срабатывания (Iмгн), обычно выражаемая в кратных значениях от Iн: 3In, 5In, 10In, 12In и т.д. (зависит от кривой: B, C, D для модульных выключателей; настраиваемый диапазон для мощных выключателей).

3. Электронный расцепитель (микропроцессорный)

Современный программируемый блок, заменяющий и объединяющий функции теплового и электромагнитного расцепителей, с расширенным функционалом.

• Устройство: Измерительные трансформаторы тока (датчики), блок обработки сигнала (микропроцессор), исполнительный элемент (электромагнит сброса).
• Принцип действия: Датчики непрерывно измеряют ток в полюсах. Микропроцессор оцифровывает сигнал, вычисляет действующие значения, сравнивает их с заданными уставками и временными характеристиками. При обнаружении нарушения выдает команду на исполнительный электромагнит, который приводит в действие механизм расцепления.
• Преимущества: Высокая точность, стабильность характеристик независимо от температуры окружающей среды, широкий диапазон регулировок (Ir, Isd, Ii, tsd, ti), функции защиты (L, S, I, G), самодиагностика, возможность интеграции в системы АСУ ТП, журналы событий.

4. Расцепитель минимального напряжения (нулевого напряжения)

Отключает выключатель при опасном снижении или исчезновении напряжения в сети для защиты оборудования и предотвращения самозапуска электродвигателей.

• Устройство: Электромагнитная катушка, включенная на напряжение защищаемой цепи через выпрямительный блок.
• Принцип действия: При нормальном напряжении катушка удерживает якорь, который блокирует механизм расцепления. При падении напряжения ниже 0.7-0.35 Uн удерживающая сила исчезает, якорь освобождается под действием пружины и инициирует отключение. Имеет выдержку времени для исключения ложных срабатываний при кратковременных провалах.

5. Независимый расцепитель

Устройство для дистанционного отключения автоматического выключателя подачей внешнего сигнала напряжения.

• Устройство: Электромагнитная катушка, рассчитанная на определенное напряжение постоянного или переменного тока (12В, 24В, 110В, 220В и т.д.).
• Принцип действия: Подача напряжения на клеммы расцепителя вызывает срабатывание электромагнита, который механически воздействует на механизм свободного расцепления, отключая выключатель независимо от положения его рукоятки управления.

Взаимодействие расцепителей с механизмом свободного расцепления

Все типы внутренних расцепителей воздействуют на единый механизм свободного расцепления (МСР). МСР – это кинематическая схема, обеспечивающая гарантированное и быстрое размыкание контактов при команде от любого расцепителя, а также при ручном отключении. После срабатывания он переходит в отключенное состояние, даже если орган управления удерживается во включенном положении. Это ключевой элемент безопасности.

Таблица: Сравнительные характеристики основных типов расцепителей

Тип расцепителя	Защищаемая аномалия	Принцип действия	Базовый элемент	Время срабатывания	Основные регулировки
Тепловой	Перегрузка	Тепловой (изгиб биметалла)	Биметаллическая пластина	Обратнозависимое (сек-мин)	Нерегулируемый или регулируемый Iн
Электромагнитный	Короткое замыкание	Электромагнитный (удар якоря)	Соленоид с сердечником	Мгновенное (мс)	Фиксированная или регулируемая уставка Iмгн (кратность)
Электронный	Перегрузка, КЗ, утечка*	Электронный (анализ сигнала МП)	Микропроцессор, датчики тока	Программируемое (от мс до часов)	Ir, tr, Isd, tsd, Ii, I2t, защита от замыканий на землю*
Минимального напряжения	Снижение/исчезновение U	Электромагнитный (отпускание якоря)	U-катушка	С выдержкой (0.1-1с) или без	Порог Uср, выдержка времени

• – Функция защиты от замыканий на землю реализуется в электронных расцепителях с помощью дополнительного датчика тока нулевой последовательности (трансформатора тока ТЗНП).

Настройка и регулировка электронных расцепителей

Электронные расцепители в выключателях промышленного применения (например, серий Masterpact MT, Emax, Formula) имеют широкий спектр регулируемых параметров для обеспечения селективности.

• Ir (номинальный ток расцепителя): Уставка тока перегрузки. Обычно регулируется в диапазоне 0.4 – 1.0 x In (где In – номинальный ток выключателя).
• tr (время срабатывания при перегрузке): Определяет характеристику обратнозависимой выдержки времени для зоны перегрузки (кривая I2t).
• Isd (уставка тока короткого замыкания с выдержкой времени): Граница между зоной перегрузки и зоной КЗ. Защита селективная, с выдержкой времени (tsd) для отстройки от срабатывания выключателей на стороне нагрузки.
• Ii (мгновенная отсечка): Уставка тока для мгновенного отключения при близких КЗ. Обычно 2-15 x Ir или фиксированное значение в кА.
• Ig (уставка тока утечки на землю): В расцепителях с функцией G. Регулируется в диапазонах, например, 0.1-1.0 In или 30-1000 мА для защиты от замыканий на землю.

Диагностика и обслуживание

Проверка работоспособности внутренних расцепителей – обязательная часть технического обслуживания электроустановок. Для тепловых и электромагнитных расцепителей проводится прогрузка первичным током с помощью специальных испытательных комплексов для снятия время-токовых характеристик (ВТХ). Для электронных расцепителей выполняется тестирование встроенных функций самодиагностики и проверка калибровки. Независимые расцепители и расцепители минимального напряжения проверяются подачей контрольного напряжения. Все работы должны проводиться квалифицированным персоналом с соблюдением правил безопасности.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается внутренний расцепитель от внешнего?

Внутренний расцепитель конструктивно встроен в корпус выключателя и определяет его основные защитные функции (токовые, тепловые). Внешний расцепитель (например, дополнительный контактор, блок дистанционного управления) – это отдельное устройство, присоединяемое к выключателю для расширения его функций (дистанционное отключение, сигнализация), но не заменяющее основные защиты.

Можно ли заменить тепловой расцепитель на более мощный?

Нет, категорически запрещено. Расцепитель калибруется и настраивается производителем под конкретную модель и номинальный ток выключателя. Его замена кустарным способом нарушает защитные характеристики, что может привести к перегреву проводки, пожару и несет юридическую ответственность за нарушение правил устройства электроустановок (ПУЭ).

Почему выключатель с тепловым расцепителем может срабатывать без видимой перегрузки?

Возможные причины: ослабление контактных соединений на клеммах выключателя или в распределительной коробке, вызывающее локальный нагрев; повышенная температура окружающей среды, влияющая на биметалл; деградация или неисправность самого биметаллического элемента; неправильный подбор выключателя (заниженный номинал) под пусковые токи нагрузки (например, двигателя).

Что такое селективность и как ее обеспечивают расцепители?

Селективность (избирательность) – это координация работы защитных аппаратов, при которой при возникновении КЗ отключается только выключатель, ближайший к месту повреждения. Обеспечивается настройкой уставок тока и времени срабатывания расцепителей по ступенчатому принципу: на стороне источника питания выдержки времени больше, а уставки тока выше, чем у аппаратов ближе к нагрузке. Электронные расцепители с регулируемыми задержками (Isd, tsd) обеспечивают полную временную селективность.

Как выбрать между тепломагнитным и электронным расцепителем?

Выбор определяется требованиями к установке. Тепломагнитные (комбинированные) расцепители надежны, не требуют питания, дешевле. Применяются в жилых, коммерческих зданиях, простых цепях. Электронные расцепители применяются в промышленности, ЦОД, инфраструктурных объектах, где необходимы: точность, стабильность, селективность, мониторинг параметров сети, адаптация к изменяющимся нагрузкам, интеграция в АСУ.

Требует ли электронный расцепитель внешнего питания?

Для своей работы электронный расцепитель требует питания, которое, как правило, берется от встроенных трансформаторов тока самого выключателя (самопитание). При токах ниже определенного порога (обычно 20-30% от Ir) для обеспечения полной функциональности (дисплей, связь) может потребоваться внешний источник питания. Это указано в технической документации.

Что делать, если независимый расцепитель не отключает выключатель?

Необходимо проверить: наличие и величину контрольного напряжения на клеммах расцепителя; соответствие типа напряжения (AC/DC) и его величины номиналу расцепителя; целостность проводников цепи управления; механическую связь расцепителя с МСР выключателя. Проверку проводить при отключенном силовом напряжении.