Двухполюсный и трехполюсный выключатели: назначение, характеристики, особенности монтажа

Двухполюсные автоматические выключатели, как правило, используются в проектах по созданию электрических сетей, когда необходимо осуществлять контроль и сравнение процессов работы двух участков единой электрической сети. По своей сути, конфигурация двухполюсного устройства представляет собой соединение двух однополюсных автоматов, работающих в тандеме.

Автоматические выключатели. Обзор.

Автоматический выключатель (принято называть его «автомат») представляет собой коммутационное устройство, предназначенное для защиты электрических сетей от сверхтоков, что включает в себя такие явления, как короткое замыкание и перегрузки.

Термин «коммутационный» говорит о том, что этот аппарат способен включать и отключать электрические цепи, другими словами, проводить их коммутацию.

Существуют автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем, который защищает электрическую цепь от короткого замыкания, а также с комбинированным расцепителем, в котором помимо электромагнитного также используется тепловой расцепитель для защиты цепи от перегрузок.

Примечание: В соответствии с требованиями «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ) бытовые электрические сети должны быть защищены как от коротких замыканий, так и от перегрузок. По этой причине, чтобы защитить домашнюю электропроводку, рекомендуется использовать автоматы с комбинированным расцепителем.

Автоматические выключители могут быть однополюсными (для однофазных сетей), двухполюсными (для однофазных и двухфазных сетей), трехполюсными (для трехфазных сетей) и также встречаются четырехполюсные автоматчики (которые могут использоваться в трехфазных системах заземления типа TN-S).

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

На следующем рисунке представлено устройство автоматического выключателя с комбинированным расцепителем, который подразумевает наличие как электромагнитного, так и теплового расцепителя.

• 1 — корпус;
• 2,3 — нижняя и верхняя винтовые клеммы для подключения провода;
• 4 — неподвижный контакт;
• 5 — подвижный контакт;
• 6 — дугогасительная камера;
• 7 — гибкий проводник (используется для соединения подвижных частей автоматического выключателя);
• 8 — механизм взвода и расцепления;
• 9 — катушка электромагнитного расцепителя;
• 10 — рычаг управления;
• 11 — тепловой расцепитель (биметаллическая пластина);
• 12 — регулировочный винт;

На изображении синими стрелками обозначено направление протекания тока через автоматический выключатель.

Основными компонентами автоматического выключателя являются электромагнитный и тепловой расцепители:

Электромагнитный расцепитель отвечает за защиту электрической цепи от токов, вызванных короткими замыканиями. Он состоит из катушки с сердечником, который расположен внутри катушки и удерживается специальной пружиной. В нормальном режиме работы ток, проходя через катушку, создает электромагнитное поле, которое притягивает сердечник внутрь катушки. Однако силы этого поля недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины.

Когда происходит короткое замыкание ток в цепи резко возрастает до величины, значительно превышающей номинальный ток автоматического выключателя. Этот короткий ток, проходя по катушке электромагнитного расцепителя, увеличивает электромагнитное поле до такой степени, что оно преодолевает силу пружины. В результате сердечник двигается внутрь катушки, размыкая подвижный контакт автоматического выключателя и отключая цепь:

Таким образом, в случае короткого замыкания электромагнитный расцепитель отключает электрическую цепь за доли секунды.

Тепловой расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от перегрузок. Перегрузка происходит, когда в сеть подключено оборудование, мощность которого превышает максимально допустимую для данной сети, что может привести к перегреву проводки, разрушению изоляции и выходу её из строя.

Тепловой расцепитель выполнен в виде биметаллической пластины: это элемент, состоящий из двух металлов, которые имеют различный коэффициент температурного расширения. Например, металл A и металл B на следующем рисунке находятся в спаянном состоянии, что позволяет им реагировать на изменения температуры по-разному.

Когда через биметаллическую пластину проходит ток, превышающий номинальный уровень автоматического выключателя, плата начинает нагреваться. Металл B, обладая большим коэффициентом расширения, расширяется быстрее, чем металл A, что приводит к искривлению биметаллической пластины. Это искривление воздействует на механизм расцепления, который размыкает подвижный контакт. В простейшей схеме это выглядит так:

Типы и характеристики автоматических выключателей

Характеристики автоматических выключателей, определяющие область их применения и допустимые условия эксплуатации:

• Степень защиты от внешних воздействий. Каждый выключатель выпускается с конкретной степенью защиты корпуса, которая соответствует требованиям международного стандарта IEC 60529. В обозначении таких аппаратов используется цифровая кодировка, где первая цифра обозначает уровень защиты от попадания посторонних предметов, а вторая — от влаги.
• Климатическое исполнение. Эта характеристика определяет диапазон температуры и влажности окружающего воздуха, в котором возможно долгое использование автоматического выключателя. Коэффициенты защиты могут обозначаться числами от 1 до 5 или буквами У, УХЛ, Т, М, ОМ.
• Высота установки. Для большинства устройств этот параметр составляет не более 1000 метров над уровнем моря. Однако при необходимости монтажа выше этой отметки производители предлагают широкий ассортимент выключателей с различными технико-экономическими характеристиками.
• Наличие вибраций, резких толчков, тряски. Все электротехнические изделия классифицируются на группы в соответствии с ГОСТ 17516.1-90. Автоматические выключатели могут производиться для эксплуатации в условиях, соответствующих группам М1, М2, М3, М4, М6, М9, М25, М19.

Конструктивные особенности и технические характеристики автоматических выключателей определяют их принадлежность к определенному типу устройств, которые различают по следующим критериям:

1. Тип напряжения. Существует три вида автоматических выключателей: для сетей переменного напряжения, для сетей постоянного напряжения и универсальные устройства. У обоих типов устройство схоже по конструкции, но совершенно разные технические характеристики. Универсальный тип выключателей может стабильно функционировать в электрической цепи любого напряжения.
2. Количество полюсов. На российском рынке предлагаются однополюсные, двухполюсные, трехполюсные и четырехполюсные автоматические выключатели. Выбор конкретного типа устройства зависит от конфигурации электрической сети и характеристик смонтированной нагрузки.
3. Предельный ток короткого замыкания. По стандарту ГОСТ Р 50030.2-2010 этот параметр определяется как максимальное значение тока в режиме короткого замыкания, которое выключатель способен отключить при номинальном напряжении. Значение предельного тока короткого замыкания автоматического выключателя стандартно равно 4,5 кА; 6,0 кА; 10 кА; 20 кА; 35 кА; 50 кА. В зависимости от этого параметра все автоматические выключатели разделяются на две модификации: силовые и модульные устройства. Например, модульные устройства отличаются стандартизированными размерами корпуса и могут многократно безопасно отключать токи короткого замыкания величиной до 10 кА — чаще всего этого достаточно для защиты бытовых потребителей электроэнергии и распределительных сетей офисов и административных учреждений.
4. Номинальный ток. Это рабочий ток, который автоматический выключатель может пропускать длительное время без перегрева токоведущих элементов. В настоящее время производятся автоматические выключатели с номиналом 0,5, 1, 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 или 125 А. Автоматы в корпусном исполнении в основном выпускаются с рабочим током до 1600 А.
5. Времятоковая характеристика. В соответствии с ГОСТ Р 50345-2010 модульные автоматы, зависящим от кратности токов короткого замыкания, делятся на несколько основных групп: В, С, D. Подбирая тип характеристики для автоматического выключателя, необходимо внимательно ознакомиться со спецификациями электрической нагрузки.

Как правильно выбирать автоматический выключатель?

На первый взгляд, большинство автоматических выключателей представляются схожими и не отличающимися друг от друга. Тем не менее, при выборе такого важного устройства следует обращать внимание даже на мелочи. При выборе автоматического выключателя для защиты и коммутации электрической нагрузки необходимо:

1. Определить основные параметры электрической сети, включая величину напряжения, количество фаз, тип тока (переменный или постоянный), частоту переменного тока.
2. Рассчитать необходимую мощность автоматического выключателя. Для этого следует вычислить максимальную суммарную мощность подключаемой электрической нагрузки. При выборе защитного устройства руководствуйтесь правилом округления в сторону большего значения номинального тока.
3. Расчитать ток короткого замыкания. Например, при возникновении аварийной ситуации, замыкания между фазами или на землю, появляется ток, который требуется учесть. Выбор автоматического выключателя, способного справляться с токами короткого замыкания, значительно превышающими номинальные, станет необходимостью.
4. Определить необходимость определенных функций защиты. Выключатель должен выполнять функции защитного устройства от аварийных режимов работы электрической сети. Для наивысшего уровня защиты подключённых электроустройств нужно выбирать аппараты, оборудованные тепловым, электромагнитным или комбинированным расцепителем, модулем дифференциальной защиты.
5. Определиться с исполнением корпуса. Для большинства домашних потребителей, офисов и административных учреждений оптимальным вариантом будут модульные устройства. Вводные защитные выключатели для питания промышленных установок обычно выбираются в виде корпусных силовых автоматов, которые способны отключать высокие токи короткого замыкания.
6. Определить способ монтажа. Автоматические выключатели могут устанавливаться как на DIN-рейку, так и на болтовые соединения. Каждый из этих способов имеет свои плюсы и минусы, которые следует учитывать при подготовке проектной документации или перед покупкой.
7. Оценить условия эксплуатации. Важно, чтобы для нормальной работы в условиях повышенной влажности или большого содержания пыли корпус выключателя имел соответствующий уровень защиты IP.
8. Подобрать времятоковую характеристику работы расцепителя. Этот параметр выбирается с учетом максимально возможного пускового тока от подключенной нагрузки. Если пусковой ток составляет от трех до пяти номинальных значений, выбирается тип В, если от пяти до десяти — тип С. Для нагрузки с более высоким пусковым током выбираются аппараты с характеристикой D.
9. Выбрать параметры селективности (для корпусных выключателей).Для обеспечения непрерывной работы наиболее ответственных участков электроснабжения, система защиты должна строиться с соблюдением принципа селективности. Для более точной настройки работы всей системы защиты корпусные выключатели могут комплектоваться регуляторами величины токового срабатывания расцепителя.
10. Определить потребность в дополнительных функциях и элементах, таких как дистанционное оперативное включение/выключение с помощью электромагнитных приводов, вспомогательные контакты, расцепитель минимального напряжения, независимый расцепитель, индикаторы положения контактов, кнопка тестирования, модуль дифференциальной защиты.

Монтажные тонкости выключателей

Для всех электрических приборов аналогичного исполнения установлен порядок интеграции в электрическую схему.

Монтаж автоматических выключателей может показаться с технической точки зрения несложным процессом. Тем не менее, при учёте всех действующих правил установки, монтаж автоматов можно сопоставить с программированием.

Установленный порядок, среди прочего, предполагает следующее от монтажников перед установкой двухполюсных и трехполюсных выключателей:

• прибор должен соответствовать исполнению под текущую схему;
• корпус автомата не должен иметь деформаций и повреждений;
• рычаг включения/отключения должен четко работать в режиме ручной активации.

Также основание, на которое предполагается накладка устройства, необходимо проверить на ровность поверхности. Нельзя проводить монтаж на таких основах, где из-за неровной поверхности корпус автомата может подвергаться изгибам и деформациям.

Соединение с проводниками сети

Присоединение медных проводников, сечением 16–25 мм², выполняется через кабельные наконечники согласно ГОСТ 9688-82. Если необходимо произвести соединение проводниками из меди с сечением 4–16 мм², применяются кабельные наконечники другого типа (ГОСТ 7386-80).

Для соединений алюминиевых проводов используют соответствующие параметры концов по стандарту ГОСТ 9581-80.

При подводе проводников к контактным зажимам автоматов часто упускается из виду важность использования наконечников. Неправильное соединение производится путем скручивания проводов, что является нарушением. Исключение составляют проводники сечением менее 4 мм².

Проводники, которые подводят напряжение от источника питания, подключаются к верхней группе неподвижных контактов автоматических выключателей. Подводка и подключение проводов должны осуществляться таким образом, чтобы они не создавали усилие на зажимах аппарата.

Наконечники должны быть затянуты контактными зажимами плотно, но без чрезмерного натяжения, способного повредить резьбу. При заделке проводников в кабельные наконечники следует уделять особое внимание. Необходимо обязательно использовать изоляционные трубки или ленту в качестве защитной оболочки.

Нюансы расстановки и крепежа

При монтаже нескольких единиц оборудования должны соблюдаться правила размещения приборов относительно друг друга. Например, расстояние между близко расположенными устройствами должно составлять не менее 5 мм.

Установка выключателей в одну группу выглядит аккуратно, однако, в данном случае монтажный процесс может быть выполнен с ошибками. Согласно нормативам, при монтаже в группе расстояние между стенками смежных устройств должно составлять не менее 5 мм.

Техническое обслуживание в период эксплуатации

В нормальных условиях работы двухполюсных и трехполюсных автоматических выключателей технический осмотр приборов требуется не чаще одного раза за три года эксплуатации. Это подчеркивает высокое качество исполнения большинства автоматов.

Процесс технического обслуживания включает тестирование целостности устройств и надежности контактных групп. В рамках техобслуживания проводится чистка аппаратов и тех мест, где они размещены. Также проверяется качество работы автоматических механизмов.

В то же время, согласно инструкциям, технический осмотр должен проводиться в случае срабатывания автоматического выключателя из-за тока короткого замыкания.

Независимо от причины – будь то срабатывание устройства в аварийной ситуации или плановое техническое обслуживание – проверки, которые должны быть выполнены включают:

• диагностику механизма включения/отключения в ручном режиме без нагрузки;
• проверку затяжки винтов основных и свободных контактов;
• надежность крепежа прибора на основании;
• очистку от загрязнений и посторонних предметов;
• имитацию отключения путем механического воздействия на чувствительный элемент;
• проверку функционирования в рабочем режиме.

Практический опыт эксплуатации электрических сетей показывает множество взаимодействий с приборами различных производителей, как отечественных, так и зарубежных.

Большинство эксплуатируемых устройств автоматической защиты характеризуется стабильной и надежной работой.

Достоинства и недостатки автоматов

Хотя у автоматических выключателей имеются свои недостатки в использовании, их немного, но на них следует обратить внимание. При коротком замыкании обеих цепей вероятен выход из строя двухполюсного автомата.

При неисправности одной из цепей аппарат может не включиться. Возможен также выход из строя теплового расцепителя, несмотря на то что вся электрическая сеть функционирует нормально. В сравнении с однополюсными, двухполюсные автоматы чаще подвергаются механическим повреждениям.

Несмотря на эти недостатки, автоматы остаются популярными, особенно в квартирах, где они устанавливаются в одну линию для работы мощных бытовых приборов. Например, они обеспечивают безопасное функционирование в одной цепи стиральной машины и посудомоечной машины.

Установка трехполюсного выключателя допускает подключение духового шкафа на одну линию. При этом перед установкой стоит равномерно распределить подключение сложных аппаратов. Это обеспечит долгосрочную и безопасную работу двухполюсных выключателей и всей электрической сети.

Можно ли использовать два однополюсных вместо одного двухполюсного и наоборот

На первый взгляд, замена двухполюсного автомата двумя однополюсными является разумной — при перегрузке любой из линий будет отключена, тем самым защищая проводку и оборудование. Однако на практике такая замена нецелесообразна, так как это нарушает пункт 3.1.18 ПУЭ, указанный ранее. Кроме того, два автоматических выключателя, работающие независимо друг от друга, не обеспечивают защиту линии, оборудования и людей (включая вас) в большинстве случаев, перечисленных в разделе о использовании двухполюсных автоматов.

Можно установить на рычаги управления планку, которая заставит второй автомат отключаться одновременно с первым (такие планки есть в продаже), однако это актуально только при ручной активации. Для автоматического отключения обоих автоматов механизма одного выключателя не будет достаточно, как уже указывалось ранее. Таким образом, замена двухполюсного автомата двумя однополюсными является не только нецелесообразной, но и практически невозможной.

Замена однополюсного автомата двухполюсным вполне возможна. Для этого достаточно использовать одну секцию, оставляя вторую свободной. Однако следует учитывать, насколько это целесообразно, так как двухполюсное устройство стоит значительно дороже однополюсного и вторая половина будет неиспользуемой, что влечет за собой дополнительные расходы. Тем не менее, если у вас есть лишний двухполюсник, то нет смысла тратить деньги на однополюсный автомат.

С заменой двух однополюсных автоматов на один двухполюсный не все так однозначно. Поскольку обе секции двухполюсного устройства срабатывают одновременно, при перегрузке одной линии будет отключена и вторая, даже если она нормально функционирует. Например, если произошла проблема с розеткой, одновременно отключится также линия освещения. И вернуть освещение в рабочий режим можно только после устранения короткого замыкания.

Чтобы превратить один двухполюсный автомат в два полноценные и независимые однополюсные, потребуется удалить штифт, соединяющий оба рычага, а также избавиться от механизма, который активирует второй автомат при срабатывании первого. Однако эта задача имеет две сложности:

• Автоматические выключатели, как правило, неразборные. Чтобы их разобрать, нужно высверлить заклепки, а при сборке возникают сложности с длинными тонкими винтами.
• Сборка устройства может быть затруднительной для человека, не обладающего необходимыми знаниями в механике и электрообласти, что может привести к повреждению механизма защиты, и в критический момент устройство не сработает.

к содержанию ↑

Автомат 1P+N — что это?

В специализированных магазинах вы можете встретить автомат, который выглядит как двухполюсный по количеству клемм, но имеет один рычаг ручного управления и литеру N у одного из пары клемм.

Это автомат 1P+N (или однофазный с нулем). Его отличие заключается в том, что функция автоматического защитного отключения реализована только в фазном полюсе. Второй полюс служит в качестве выключателя нагрузки, синхронизированным с первым, и не защищает от сверхтоков. Этот автомат можно использовать как обычный однополюсный. При этом фаза обязательно должна подключаться на соответствующее место. На схемах, которые иногда размещаются на корпусе устройства, такие автоматы обозначаются следующим образом:

Важно знать: для квартирной электропроводки автоматы 1P+N подходят превосходно и даже имеют преимущества перед однополюсными, так как вместе с фазой отключают и ноль.

Таким образом, мы детально разобрали, что такое двухполюсный автоматический выключатель, в чем заключаются его главные отличия от однополюсного аппарата и в каких случаях его установка является обязательной.