Харечко - Автоматические выключатели модульного типа. Справочник (2002)

Харечко В.Н.

Автоматические выключатели модульного исполнения: Справочное пособие.  2002.

В справочном пособии изложены требования ГОСТ Р 50345—99 (МЭК 60898-95) к автоматическим выключателям бытового и  аналогичного назначения, предназначенным для защиты от сверхтока, рассмотрены конструкция автоматических выключателей, даны  характеристики и приведена их классификация. В качестве примера представлены автоматические выключатели модульного исполнения, производимые фирмой «Сименс».  Приведены данные о дополнительных устройствах к автоматическим выключателям, с помощью которых можно осуществлять контроль, дистанционное управление, а также выполнять другие операции.

Справочное пособие представляет практический интерес для  работников проектных, электромонтажных и эксплуатационных  организаций, а также может быть рекомендовано для студентов  энергетических специальностей.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время государственные стандарты России,  устанавливающие требования к электроустановкам зданий и применяемому в них электрооборудованию, приводятся в соответствие с требованиями стандартов Международной электротехнической  комиссии (МЭК). Частью этой работы являются новые государственные стандарты, устанавливающие требования на различные виды автоматических выключателей, которые  применяются в электроустановках жилых, общественных,  производственных и других зданий для защиты проводов, кабелей, другого  электрооборудования от сверхтока. Это ГОСТР 50030.2 [1],  применяемый в совокупности с ГОСТР 50030.1 [2], ГОСТ Р 50031 [3] и ГОСТ Р 50345 [4].

ГОСТР 50030.1 разработан на основе стандарта МЭК 60947-1 1999 г. В нем унифицированы правила и требования общего  характера, относящиеся к низковольтной аппаратуре распределения и  управления, нормативные требования к соответствующим классам  аппаратов. Указанный стандарт применяется в совокупности со  стандартом на конкретный вид аппарата, например с ГОСТ Р 50030.2. Требования ГОСТ Р 50030.2, разработанного на основе  стандарта МЭК 60947-2 1998 г., распространяются на автоматические  выключатели, предназначенные для работы в электрических цепях  переменного тока напряжением до 1000 В и постоянного тока до 1500 В. Такие автоматические выключатели могут иметь любые  номинальные токи, различные конструкции и способы применения. Они широко применяются в электроустановках зданий, имеющих мощные распределительные устройства, в низковольтных  распределительных устройствах трансформаторных подстанций и др.

В ГОСТР 50031, разработанном на основе стандарта МЭК 60934 1994 г., изложены требования к автоматическим  выключателям, специально предназначенным для защиты  электрооборудования (ABO). ABO применяются в электрических цепях  переменного тока, имеющих напряжение до 440 В, и постоянного  тока — до 250 В. Номинальный ток АВО не может быть более 125 А. Требования к автоматическим выключателям бытового и аналогичного назначения, предназначенным для защиты от сверхтока, представлены в ГОСТ Р 50345. Эти автоматические выключатели используются в электроустановках жилых, общественных,  производственных и других зданий в местах, доступных необученному персоналу.

В справочном пособии рассмотрены основные требования, предъявляемые ГОСТ Р 50345 к автоматическим выключателям, конструкция, классификация, характеристики автоматических  выключателей и др. Представлены автоматические выключатели модульного исполнения, производимые фирмой «Сименс», а также дополнительные устройства, с помощью которых можно  контролировать положение автоматических выключателей, осуществлять дистанционное управление ими, выполнять другие операции.

1 ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ ГОСТ Р 50345 К АВТОМАТИЧЕСКИМ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМ

1.1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОСТ Р 50345

Требования, предъявляемые к автоматическим выключателям  бытового и аналогичного назначения, которые предназначены для применения в электроустановках жилых зданий, изложены в ГОСТ Р 50345—99. Этот государственный стандарт разработан на основе второго издания стандарта МЭК 60898 1995 г. и введен в действие с 1 января 2001г. До 31 декабря 2000 г. на территории России действовал ГОСТ Р 50345—92 [5], который был разработан на основе стандарта МЭК 898 1987 г. и введен в действие с 1  января 1994 г.

В ГОСТ Р 50345—99 приведены требования к воздушным  автоматическим выключателям*, предназначенным для работы в  электрических цепях переменного тока частотой 50 и (или) 60 Гц,  номинальным напряжением не выше 440 В, номинальным током до 125 А и номинальной отключающей способностью не более 25 000 А**.

Рассматриваемые автоматические выключатели предназначены для использования необученными людьми и не нуждаются в  обслуживании. Автоматические выключатели могут иметь одно или несколько значений номинального тока. При этом механизм, с помощью  которого в автоматическом выключателе осуществляется переход от одного значения номинального тока к другому, в нормальных условиях  эксплуатации должен быть недоступным потребителю, а переключение должно быть возможным только при помощи инструмента. Автоматические выключатели, номинальный ток которых  регулируется средствами, доступными потребителю, а также  автоматические выключатели, предназначенные для защиты  электродвигателей, в указанном стандарте не рассматриваются. Основным назначением автоматических выключателей является защита от сверхтока проводников электрических цепей в  электроустановках зданий и в других электроустановках с целью обеспечения электро- и пожарной безопасности. Именно такое назначение  автоматических выключателей указано в требованиях ГОСТ Р 50571.5 [6] и ГОСТ Р 50571.9 [7].

При типах заземления системы TN-C, TN-S и TN-C-S*  автоматические выключатели могут также использоваться для защиты от косвенного прикосновения** в составе такой меры защиты от  поражения электрическим током, как автоматическое отключение  питания. Основные требования к автоматическому отключению питания в электроустановках зданий подробно изложены в подразделе 413.1 ГОСТ Р 50571.3 [10].

С помощью автоматических выключателей, конструкция  которых соответствует требованиям ГОСТ Р 50345, в  электроустановках зданий можно реализовать функцию разъединения, то есть  рассматриваемые автоматические выключатели могут использоваться в качестве разъединителей. В тех случаях, когда электроустановка здания подключается к воздушной линии электропередачи, может потребоваться защита автоматических выключателей от перенапряжений.

В рассматриваемом стандарте: установлены основные термины и их определения; дана классификация автоматических выключателей; рассмотрены характеристики автоматических выключателей, их стандартные и предпочтительные значения; перечислена информация, которая должна маркироваться на  автоматических выключателях и содержаться в документации  изготовителя; изложены требования к конструкции автоматических  выключателей, их функционированию, условиям окружающей среды; определены условия, которым должны соответствовать  автоматические выключатели при их работе в нормальном режиме, при  перегрузках и коротких замыканиях, вплоть до токов в главной цепи, равных номинальной отключающей способности*; установлены объемы и представлены методики проведения  испытаний автоматических выключателей и т. д.

Разработку и введение в действие ГОСТ Р 50345—99 взамен ГОСТ Р 50345—92 следует рассматривать как шаг вперед по пути приведения требований национальных нормативных документов в соответствие с требованиями международных стандартов. В новом стандарте устранены некоторые ошибки, которые имелись в предыдущем. Например, получила свое наименование такая  характеристика автоматического выключателя, как «тип мгновенного расцепления». Однако рассматриваемый стандарт все же имеет  отдельные погрешности, например в терминологии, и некоторые ошибки, которые затрудняют работу с ним. Один из полюсов автоматического выключателя называется «отключающий нейтральный полюс». К этому полюсу должны  присоединяться нейтральные проводники. Термин «нейтральный  проводник», широко используемый в стандартах МЭК, определяет  проводник, который имеет электрическое соединение с нейтральной точкой системы и способствует распределению электроэнергии.

Однако в новых стандартах комплекса ГОСТ Р 50571  «Электроустановки зданий», введенных в действие с 1 января 2002 г.,  рассматриваемый термин ошибочно определяет иное понятие. В ГОСТ Р 50571.18 [11] нейтральный проводник фактически  определен как эквивалент открытой проводящей части, а также PEN- пpoводника (хотя в стандартах МЭК нейтральный проводник отнесен к токоведущим частям, а открытая проводящая часть и PEN-проводник к токоведущим частям не относятся).

В национальной терминологии эквивалентом термина  «нейтральный проводник» является термин «нулевой рабочий  проводник». Однако в ГОСТ Р 50345 вместо терминов «нейтральный проводник», или «нулевой рабочий проводник», используется термин «нейтраль», который не имеет своего определения. Многие термины стандартов на электрооборудование (например в ГОСТ Р 50345) плохо согласуются с той терминологией  комплекса ГОСТ Р 50571 и Правил устройства электроустановок, которая используется в требованиях, предъявляемых к различным  электроустановкам.

В ГОСТ Р 50345 имеются также другие погрешности в  терминологии. Например, название такой характеристики автоматического выключателя, как «номинальная отключающая способность», в тексте стандарта фигурирует наравне с наименованиями «номинальная  наибольшая отключающая способность» (с. 9, 29, 30, 34, 35, 55, 57),  «номинальная предельная отключающая способность» (с. 57) и  «номинальная наибольшая коммутационная способность» (с. 30).

В таблице 6 стандарта (в книге — табл. 1.4) имеются логические ошибки, затрудняющие правильное определение нормальной  время токовой зоны автоматических выключателей.

Анализ требований ГОСТ Р 50345 указывает на  целесообразность внесения изменений и дополнений в текст стандарта для уточнения терминологии и устранения ошибок. В рассматриваемый государственный стандарт также следует включить все изменения и дополнения к международному стандарту МЭК 60898, которые  появились после его опубликования в 1995 г. В текст ГОСТР 50345 необходимо также внести поправки, разработанные для  Европейского стандарта EN 60898, которые устраняют некоторые ошибки стандарта МЭК 60898. Прежде всего, следует внести дополнения, уточняющие параметры нормальной время токовой зоны  автоматических выключателей, а также устанавливающие их  классификацию по характеристике.

1.2 КОНСТРУКЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Для эксплуатации автоматических выключателей ГОСТ Р 50345 устанавливает следующие нормальные условия: температура окружающего воздуха не должна быть более + 40 °С и менее — 5 °С, среднесуточное значение — не выше + 35 °С; высота места установки над уровнем моря не должна  превышать 2000 м; относительная влажность воздуха — не более 50 % при  температуре окружающего воздуха + 40 °С (увеличение возможно при меньших значениях температуры окружающего воздуха, например до 90 % при + 20 °С); автоматические выключатели следует монтировать в  соответствии с инструкциями изготовителя.

1.2.1 Понятие автоматического выключателя

Автоматический выключатель — это механический  коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также включать,  проводить в течение заданного времени и автоматически отключать  токи в указанном аномальном состоянии электрической цепи  (например, при коротком замыкании). Автоматический выключатель  замыкает или размыкает одну и более электрических цепей с помощью размыкаемых контактов*. Под замыканием понимается действие, в результате которого автоматический выключатель переводится из разомкнутого положения в замкнутое; под размыканием — наоборот из замкнутого положения в разомкнутое. Замкнутое положение автоматического выключателя обеспечивает заданную  непрерывность главной цепи; разомкнутое — заданный зазор между  разомкнутыми контактами главной цепи автоматического выключателя.

Коммутационные аппараты применяются в электроустановках для включения или отключения тока в одной или нескольких  электрических цепях. При коммутации электрических цепей  автоматический выключатель выполняет операции включения и отключения, а также включения с последующим автоматическим отключением.

Операции замыкания и размыкания относятся к механическому оперированию автоматическим выключателем, включения и  отключения (коммутации) — к электрическому оперированию. В ГОСТР 50030.2 автоматический выключатель также  определен как механический коммутационный аппарат. А в ГОСТР 50030.1, который устанавливает общую терминологию для низковольтных аппаратов распределения и управления,  автоматический выключатель определен как контактный коммутационный аппарат. При этом во всех трех стандартах в качестве основы 

использовано одно и то же определение термина «автоматический выключатель» из международного электротехнического словаря МЭК *(60050 D41). Термины «механический коммутационный  аппарат» и «контактный коммутационный аппарат» в перечисленных государственных стандартах имеют одинаковое определение. Это  перевод из международного электротехнического словаря.

Поскольку автоматический выключатель замыкает и размыкает электрические цепи при помощи контактов, было бы логичнее  называть его контактным коммутационным аппаратам, а не  механическим. Этот вывод подтверждают требования ГОСТ 17703 [12], в котором содержатся основные термины и определения из области электрических коммутационных аппаратов, предназначенные для применения в науке, технике и производстве. Один из видов  электрического коммутационного аппарата в указанном стандарте  называется «контактный коммутационный аппарат». Он осуществляет «коммутационную операцию путем перемещения его  контакт деталей относительно друг друга». Другим видом является  бесконтактный коммутационный аппарат, у которого нет размыкаемых  контактов.

Автоматические выключатели могут быть токоограничивающими. Токоограничивающие автоматические выключатели имеют чрезвычайно малое время отключения электрической цепи, в  течение которого ток короткого замыкания не успевает достичь своего ожидаемого значения.

1.2.2 Цепи автоматического выключателя

Автоматический выключатель имеет главную цепь и может иметь еще две цепи управления и вспомогательную. Главная цепь  объединяет все проводящие части автоматического выключателя той  электрической цепи, которую он замыкает и размыкает. Цепь управления, предназначена для осуществления замыкания или размыкания или обеих указанных операций автоматического выключателя. Её назначение — управление автоматическим  выключателем. В эту цепь не входят проводящие части главной цепи. Вспомогательная цепь объединяет проводящие части  автоматического выключателя, предназначенные для включения в  электрическую цепь, используемую, например, для дистанционной  индикации замкнутого и разомкнутого положения контактов главной цепи автоматического выключателя. К этой цепи не относятся  проводящие части автоматического выключателя, которые входят в состав его главной цепи и цепи управления.

Для оснащения автоматического выключателя цепью  управления и вспомогательной цепью к нему следует прикрепить одно или несколько дополнительных устройств, таких, например, как блок-контакты, независимый расцепитель, минимальный расцепитель напряжения и др.

1.2.3 Полюсы автоматического выключателя

Главная цепь автоматического выключателя может быть выполнена однополюсной или многополюсной. Под полюсом понимается часть автоматического выключателя, связанная исключительно с одним электрически независимым проводящим путем главной  цепи, имеющая контакты, предназначенные для замыкания и  размыкания главной цепи, и не включающая элементы, необходимые для монтажа и оперирования всеми полюсами.

Полюс автоматического выключателя может быть защищенным, незащищенным и отключающим нейтральным. Защищенный  полюс оснащен максимальным расцепителем тока. Незащищенный полюс не имеет максимального расцепителя тока, но способен функционировать так же, как защищенный полюс того же  автоматического выключателя. Отключающий нейтральный полюс  предназначен только для замыкания и размыкания электрической цепи  нулевого рабочего проводника и не предназначен для включения и отключения токов короткого замыкания.

1.2.4 Контакты автоматического выключателя

В главной цепи каждого полюса автоматического выключателя имеются главные контакты. Главный контакт — это контакт,  включенный в главную цепь автоматического выключателя и служащий для проведения в замкнутом положении тока его главной цепи. При размыкании главной цепи возможно возникновение электрической дуги. Для ее гашения в автоматическом выключателе применяются дугогасительные контакты. Дугогасительный контакт может быть главным, а может быть отдельным контактом, который размыкается позже, а замыкается раньше другого контакта главной цепи,  защищаемого им от повреждения электрической дугой.

В многополюсном автоматическом выключателе подвижные контакты защищенных полюсов должны блокироваться так, чтобы замыкать и размыкать главную цепь практически одновременно, как при автоматическом режиме работы, так и при ручном  оперировании. Контакты отключающего нейтрального полюса должны  размыкаться позже, а замыкаться раньше контактов защищенных  полюсов.

В цепи управления автоматического выключателя имеются  контакты управления, которые механически приводятся в действие этим автоматическим выключателем. Вспомогательные контакты входят во вспомогательную цепь и механически приводятся в  действие этим же автоматическим выключателем.

1.2.5 Расщепители автоматического выключателя

Для осуществления автоматического размыкания главных контактов в случае появления сверхтока в главной цепи автоматического  выключателя каждый автоматический выключатель оснащается одним или  несколькими расцепителями. Расцепитель представляет собой  устройство, механически связанное с автоматическим выключателем или встроенное в него, которое освобождает удерживающее устройство* в механизме автоматического выключателя и вызывает его  автоматическое срабатывание. Размыкание автоматического выключателя под  воздействием расцепителя называется расцеплением.

В автоматических выключателях обычно применяются  максимальные расцепители тока, вызывающие срабатывание  автоматических выключателей (с выдержкой времени или без нее), когда ток в этих расцепителях превышает заданные значения. Максимальный расцепитель тока может иметь обратно-зависимую выдержку  времени, при которой время его срабатывания находится в обратной  зависимости от значения сверхтока, протекающего в главной цепи  автоматического выключателя. При высоких значениях сверхтока  время срабатывания такого расцепителя минимально. Указанный  расцепитель называется максимальным расцепителем тока с обратно - зависимой выдержкой времени.

Максимальные расцепители тока могут быть ориентированы на защиту от токов перегрузки (расцепители перегрузки) и токов  короткого замыкания (расцепители токов короткого замыкания).  Расцепители перегрузки обычно имеют обратно-зависимую выдержку времени. Расцепители токов короткого замыкания вызывают  размыкание автоматического выключателя без выдержки времени. Максимальные расцепители тока в автоматических  выключателях, как правило, являются расцепителями прямого действия, то есть они срабатывают непосредственно от тока, который протекает в главной цепи автоматического выключателя.

1.2.6 Автоматический выключатель со свободным расцеплением

Каждый автоматический выключатель должен иметь механизм  свободного расцепления, при наличии которого подвижные контакты его главной цепи возвращаются в разомкнутое положение и  остаются в нем, когда операция автоматического размыкания начинается после начала операции замыкания, даже если сохраняется команда на замыкание. Например, при ручном оперировании  автоматическим выключателем на включение электрической цепи, в которой имеется короткое замыкание, по замыканию главных контактов  через главную цепь будет протекать ток короткого замыкания. Под его воздействием максимальный расцепитель тока освободит  удерживающее устройство в механизме автоматического выключателя и его главные контакты будут автоматически размыкаться, несмотря на то что в рассматриваемый промежуток времени еще  продолжается ручное оперирование на их замыкание.

1.2.7 Индикация коммутационного положения автоматического выключателя

В каждом автоматическом выключателе следует предусмотреть  индикацию замкнутого и разомкнутого положения главных контактов. Для этого автоматические выключатели могут быть оснащены  специальными индикаторами положения. В том случае, если положение главных контактов указывается только органом управления (ручного оперирования), то после освобождения он должен автоматически  занимать положение, соответствующее положению контактов главной цепи. Орган управления должен иметь два четко различающихся  состояния покоя, которые соответствуют замкнутому и разомкнутому положению главных контактов автоматического выключателя. При автоматическом срабатывании автоматического выключателя,  например из-за появления тока перегрузки в защищаемой им  электрической цепи, орган его управления может занимать отдельное, третье  положение. Если орган управления у вертикально установленного  автоматического выключателя перемещается «вверх-вниз», его главные  контакты должны замыкаться при перемещении органа управления вверх.

1.2.8 Выводы автоматического выключателя

Для присоединения автоматического выключателя к проводникам внешних электрических цепей используют выводы. Выводы — это проводящие части автоматического выключателя, используемые для соединения с внешними проводниками. Все выводы  конструктивно подразделяются на резьбовые и безрезьбовые. Резьбовой вывод обеспечивает присоединение и отсоединение проводника, разъемное соединение между собой двух и нескольких проводников, которое осуществляется винтами или гайками любого типа. Безрезьбовой вывод — вывод для присоединения и  последующего отсоединения одного проводника, разъемного соединения  между собой двух и более проводников, которое выполняется при помощи пружин, клиньев, эксцентриков, конусов и т. п. (без  специальной подготовки проводника, за исключением удаления изоляции).

Резьбовые выводы могут быть столбчатыми, винтовыми,  штифтовыми, пластинчатыми и выводами для кабельных наконечников и шин. Наиболее распространены столбчатые выводы — выводы, в  которых проводник вводится в отверстие или полость и зажимается одним или более винтами. Давление зажима передается  непосредственно винтом или через промежуточный элемент (рис. 1.1). В винтовом выводе проводник зажимается под головкой винта. Давление зажима передается непосредственно головкой винта или через промежуточный элемент типа шайбы, зажимной пластины или устройства, препятствующего выскальзыванию проводника (рис. 1.2).

Штифтовой вывод* обеспечивает зажим проводника под гайкой. Давление зажима может передаваться непосредственно от гайки  соответствующей конфигурации или через промежуточный элемент типа шайбы, зажимной пластины или устройства,  препятствующего выскальзыванию проводника (рис. 1.3).

В пластинчатом выводе проводник зажимается под изогнутой пластиной двумя и более винтами или гайками (рис. 1.4). Вывод для кабельных наконечников и шин предназначен для  зажима кабельного наконечника (шины) с помощью винта или гайки (рис. 1.5).

В рассматриваемом стандарте представлены требования только к резьбовым выводам, предназначенным для присоединения  медных проводников. Выводы должны надежно зажимать проводник между металлическими поверхностями без серьезного  повреждения его жилы или изоляции. При затягивании зажимных винтов или гаек должна быть исключена возможность выскальзывания жилы проводника. Столбчатые выводы должны допускать полный ввод проводника в полость или отверстие и надежный его зажим.  Выводы автоматических выключателей с номинальным током до 32 А включительно должны допускать присоединение проводников без их специальной подготовки, под которой подразумевается,  например, припаивание жилы проводника, использование гильз и  кабельных наконечников, образование петель и др. Изменение формы  проводника перед его вводом в вывод, скручивание  многопроволочного гибкого проводника для укрепления его конца не относятся к его специальной подготовке.

Выводы автоматических выключателей должны обеспечивать присоединения медных проводников, имеющих сечения, указанные в таблице 1.1.Автоматические выключатели втычного типа имеют штыревые выводы, с помощью которых можно выполнить штепсельное  соединение со специальным основанием, которое подключено к  проводникам внешних электрических цепей. Устанавливая и снимая  автоматический выключатель втычного типа с его основания, можно присоединять и отсоединять его от внешних электрических цепей. Крепление автоматических выключателей втычного типа на их  основаниях должно быть надежным.