Открыть сервис
Главная → Блог → Circuit breakers

Circuit breakers

Circuit breaker (с англ. — «автоматический выключатель», «прерыватель цепи») — это устройство, предназначенное для автоматического размыкания электрической цепи при возникновении аварийных режимов работы, таких как короткое замыкание, перегрузка по току или недопустимое снижение напряжения. В отличие от плавкого предохранителя, circuit breaker может многократно использоваться после срабатывания (отключения), так как его коммутационные элементы восстанавливают работоспособность без замены. В электроэнергетике и электротехнике circuit breakers классифицируются по номинальному напряжению, роду тока (постоянный или переменный), конструктивному исполнению и типу дугогасительной среды.

История

Первые прототипы устройств, способных автоматически отключать электрическую цепь при превышении тока, появились в конце XIX века. В 1879 году Томас Эдисон запатентовал конструкцию плавкого предохранителя, однако его недостаток — необходимость замены после каждого срабатывания — стимулировал поиск многоразовых решений. В 1884 году немецкий инженер Хуго Штаудингер разработал первый масляный автоматический выключатель, в котором дуга гасилась в масле. В 1900 году компания Westinghouse Electric представила воздушный автоматический выключатель для низковольтных сетей. Массовое внедрение circuit breakers в промышленность и быт началось в 1920–1930-х годах с появлением компактных моделей на основе термобиметаллических пластин и электромагнитных расцепителей. В СССР первые автоматические выключатели серии АП-50 были выпущены в 1950-х годах. Современные circuit breakers используют электронные блоки управления, обеспечивающие высокую точность срабатывания и возможность дистанционного управления.

Классификация

Circuit breakers классифицируются по нескольким основным признакам:

По напряжению

  • Низковольтные (до 1000 В переменного тока или до 1500 В постоянного тока) — наиболее распространённый тип, используемый в бытовых и промышленных распределительных щитах.
  • Высоковольтные (свыше 1000 В) — применяются в электрических сетях напряжением 6–35 кВ, 110–220 кВ и выше, на подстанциях и в распределительных устройствах.

По роду тока

  • Для переменного тока — большинство бытовых и промышленных моделей.
  • Для постоянного тока — используются в системах электропитания транспорта, солнечных электростанциях, аккумуляторных батареях.

По конструктивному исполнению

  • Модульные — устанавливаются на DIN-рейку, компактны, предназначены для защиты цепей освещения, розеток, бытовой техники.
  • Воздушные — имеют открытую конструкцию, дуга гасится в воздухе; применяются на большие токи (до 6300 А) в промышленных установках.
  • Масляные — дуга гасится в трансформаторном масле; исторически использовались в высоковольтных сетях, но вытесняются вакуумными и элегазовыми.
  • Вакуумные — дуга гасится в вакуумной камере; обладают высокой износостойкостью, применяются в сетях 6–35 кВ.
  • Элегазовые — дуга гасится в среде элегаза (гексафторида серы); используются в высоковольтных сетях (110 кВ и выше).
  • Автоматические выключатели утечки (УЗО) — комбинированные устройства, реагирующие на дифференциальный ток (утечку) и ток перегрузки.

По типу расцепителя

  • Тепловой (термобиметаллический) — срабатывает при длительном превышении номинального тока за счёт нагрева биметаллической пластины.
  • Электромагнитный — мгновенно отключает цепь при коротком замыкании за счёт действия электромагнита.
  • Электронный — использует микропроцессорный блок для измерения тока и времени; обеспечивает регулировку характеристик срабатывания.

Устройство и принцип действия

Основными элементами circuit breaker являются:

  • Коммутационные контакты — подвижный и неподвижный, через которые протекает рабочий ток.
  • Дугогасительная камера — устройство для гашения электрической дуги, возникающей при размыкании контактов под нагрузкой.
  • Расцепитель — механизм, инициирующий отключение при превышении заданных параметров.
  • Привод — ручной (рычаг) или электромеханический (пружинный, моторный) для включения/отключения.
  • Корпус — изоляционный материал (пластик, керамика), обеспечивающий защиту от прикосновения.

Принцип действия: в нормальном режиме контакты замкнуты, ток проходит через них. При возникновении короткого замыкания ток резко возрастает, электромагнитный расцепитель мгновенно размыкает контакты. При перегрузке (длительном превышении номинального тока) тепловой расцепитель нагревается и через определённое время (зависит от величины тока) размыкает цепь. Возникающая при размыкании дуга гасится в дугогасительной камере путём её растяжения, охлаждения и деионизации.

Характеристики

Основные параметры circuit breakers:

  • Номинальный ток (In) — ток, который устройство может длительно пропускать без срабатывания (например, 16 А, 25 А, 63 А).
  • Номинальное напряжение (Ue) — максимальное рабочее напряжение, при котором обеспечивается надёжное гашение дуги.
  • Отключающая способность (Icu) — максимальный ток короткого замыкания, который устройство способно отключить без повреждения (например, 6 кА, 10 кА, 25 кА).
  • Тип время-токовой характеристики — для бытовых модульных выключателей обозначается буквами B, C, D:
  • B — отключение при 3–5-кратном превышении In (для цепей без пусковых токов — освещение).
  • C — отключение при 5–10-кратном превышении In (для цепей с умеренными пусковыми токами — розетки, бытовая техника).
  • D — отключение при 10–20-кратном превышении In (для цепей с высокими пусковыми токами — двигатели, трансформаторы).
  • Количество полюсов — 1, 2, 3 или 4 в зависимости от фазности сети.

Применение

Circuit breakers используются во всех сферах, где требуется защита электрических цепей:

  • Бытовые сети — в квартирных и домовых распределительных щитах для защиты освещения, розеток, электроплит, кондиционеров.
  • Промышленные установки — для защиты электродвигателей, станков, сварочного оборудования, распределительных шкафов.
  • Энергетика — на подстанциях и в распределительных устройствах для защиты линий электропередачи, трансформаторов, генераторов.
  • Транспорт — в системах электропитания поездов, метро, трамваев, электромобилей.
  • Альтернативная энергетика — в цепях солнечных панелей, ветрогенераторов, аккумуляторных систем.

Требования и стандарты

В России и странах ЕАЭС circuit breakers должны соответствовать требованиям:

Основные мировые стандарты: IEC 60898 (бытовые), IEC 60947 (промышленные), UL 489 (США).

Интересные факты

  • Первый масляный автоматический выключатель был установлен в 1885 году на электростанции в Берлине.
  • Современные вакуумные circuit breakers способны выдерживать до 10 000 циклов отключения без обслуживания.
  • В бытовых сетях России и Европы наиболее распространены автоматы с характеристикой C, в США — с характеристикой B.
  • Некоторые модели circuit breakers оснащаются функцией дистанционного отключения через Wi-Fi или Zigbee для «умного дома».

Источники

  • ГОСТ Р 50345-2010 «Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения»
  • ГОСТ Р 50030.2-2010 «Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 2. Автоматические выключатели»
  • Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования»
  • IEC 60898-1:2015 «Electrical accessories — Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations»
  • IEC 60947-2:2016 «Low-voltage switchgear and controlgear — Part 2: Circuit-breakers»
  • Справочник по электротехнике и электрооборудованию / под ред. В. Г. Герасимова. — М.: Энергоатомиздат, 2004.
  • Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →

Похожие материалы