Что такое автоматический выключатель постоянного тока? Принцип действия и применение

Оглавление

Автоматический выключатель постоянного тока

Эти механические выключатели защищают от коротких замыканий и сверхтоков в цепях, питаемых постоянным током. Они предназначены для прерывания тока в электрических системах постоянного тока в случае неисправности.

Автоматический выключатель постоянного тока LETOP

Рисунок 1 Автоматический выключатель постоянного тока

 

В них применяются механизмы, ограничивающие ток, а также гасящие дугу, вызванную перегрузкой по току. Благодаря этому значительно улучшается дифференциальная синхронизация цепи.

Автоматический выключатель для постоянного тока

Символ автоматического выключателя постоянного тока

Мы используем эти символы в основном в электрические цепи.

Символ автоматического выключателя постоянного тока

Рисунок 2 Символ автоматического выключателя постоянного тока

 

- Схема подключения автоматического выключателя постоянного тока

Однако для электрической схемы вы найдете 3D-изображение, например, такое:

Проводка автоматического выключателя постоянного тока

Рисунок 3 Проводка автоматического выключателя постоянного тока

Функция автоматического выключателя в системах постоянного тока

Из их названия понятно, что мы используем такие электрические выключатели для защиты систем, использующих постоянный ток. Такие системы имеют постоянное напряжение на выходе, в отличие от систем переменного тока.

Они используют комбинацию магнитного и теплового принципов для защиты систем постоянного тока. Если ток превышает номинальное значение, выключатель отключается с помощью тепловой защиты.

Он предназначен для кратковременного удержания любого замыкания тока, возникающего в цепи. Он также служит для быстрого гашения дуги, возникающей из-за избыточного напряжения.

По сути, тепловая защита выключателя является защитой от перегрузки по току в системе. При работе с сильными токами повреждения быстродействующая магнитная защита отключает выключатель.

Постоянный ток, протекающий в цепях постоянного тока, означает, что контакты должны быть полностью разомкнуты за их пределами. Это необходимо для того, чтобы полностью прервать протекание избыточного тока.

Это означает, что выключатели защищают систему постоянного тока от любых неисправностей или коротких замыканий. Такие короткие замыкания, как правило, превышают перегрузку.

Типы автоматических выключателей постоянного тока

Дугогасительные автоматические выключатели постоянного тока

Когда дело доходит до тушения дуги, дуги постоянного тока являются самыми сложными. Мы подаем постоянный ток непрерывно, поэтому он очень стабилен в широком диапазоне.

Чтобы уменьшить эффект дуги, необходимо обеспечить быстрое размыкание контактов в механизме переключения. Это должно создать воздушный зазор, который при размыкании погасит дугу.

Контакты выключателя должны иметь очень быстрое движение, чтобы избежать тех же проблем, с которыми они сталкиваются при размыкании. Производитель всегда указывает номиналы постоянного тока на выключателе.

Дугогасительный автоматический выключатель

Рисунок 4 Дугогасительный автоматический выключатель

 

Любое короткое замыкание на этом выключателе означает увеличение рабочего тока до величины тока короткого замыкания. Все это зависит от индуктивности и сопротивления петли короткого замыкания.

Высокоскоростной автоматический выключатель постоянного тока

Эти выключатели в основном применяются на тяговых подстанциях и агрегатах. Они предназначены для отключения тока непосредственно перед достижением максимального номинального значения.

При коротком замыкании выключатель срабатывает при повышении уровня тока сверх номинального значения. В результате ток ограничивается и в конечном итоге отключается.

высокоскоростной автоматический выключатель постоянного тока

Рисунок 5 высокоскоростной автоматический выключатель постоянного тока

Твердотельный автоматический выключатель постоянного тока

Этот выключатель является усовершенствованной заменой электромеханических выключателей. В нем движущиеся части заменены полупроводниками, используемыми для управления питанием с быстрым прерыванием тока.

Благодаря передовым программным технологиям они могут устранять неисправности за считанные секунды после очень быстрых прерываний. В основном они используются в электрических сетях с системами накопления энергии, чтобы уменьшить эффект от простоя из-за сбоев.

Твердотельный автоматический выключатель постоянного тока

Рисунок 6 Твердотельный автоматический выключатель постоянного тока

 

В них не происходит вспышек дуги во время перерывов. Это происходит потому, что при этом выделяется нулевая энергия.

Высоковольтный автоматический выключатель постоянного тока

Выключатель HVDC служит исключительно для защиты от тока повреждения в высоковольтных цепях постоянного тока. Стоит отметить, что ток и напряжение в цепях постоянного тока никогда не равны нулю.

Это означает, что во время размыкания контактов между ними обычно возникают очень высокие ток и напряжение. В итоге контакты перегреваются из-за дуги и разрушают выключатель.

Чтобы противостоять этому, мы вводим слаботочную цепь параллельно этому выключателю. Чтобы разорвать цепь, он создаст искусственный нулевой ток в цепи.

Высоковольтный автоматический выключатель постоянного тока

Рисунок 7 Высоковольтный автоматический выключатель постоянного тока

 

Поскольку мы знаем, что ток и напряжение прямо пропорциональны силе дуги, мы используем внешнюю цепь. Это приведет к разрыву цепи сразу после снижения тока повреждения до нуля.

Магнитный автоматический выключатель постоянного тока

Это разновидность устройства защиты от перегрузки по току. Он сконструирован таким образом, что для замыкания и размыкания контактов используются миниатюрные магниты внутри него.

Он состоит из замкнутой проволочной катушки, которая окружает плунжер из железа. На плунжере также закреплены контакты.

При подаче тока в катушки контакты притягиваются к ним. С помощью этого механизма контакты соленоида замыкаются и размыкаются.

магнитный автоматический выключатель постоянного тока

Рисунок 8 магнитный автоматический выключатель постоянного тока

 

При превышении номинального значения тока рычаг отключения срабатывает под действием сильного магнитного притяжения. Это размыкает цепь, и ее можно замкнуть, вернув рукоятку рычага отключения в исходное положение после снятия перегрузки.

Тепловой автоматический выключатель постоянного тока

В нем используется механизм защелки, к которому подсоединена биметаллическая полоска. Биметаллическая полоска реагирует на нагрев, расширяя две свои металлические части с разной скоростью.

Цепь размыкается, когда биметаллическая полоска отходит от контакта. Ее прямой нагрев происходит от тока в цепи, а косвенный - за счет повышенной температуры от высокого тока в цепи.

Чтобы сбросить автоматический выключатель с помощью кнопки, необходимо дать биметаллической полоске остыть. Это происходит при обычной комнатной температуре.

тепловой автоматический выключатель постоянного тока

Рисунок 9 Тепловой автоматический выключатель постоянного тока

Термомагнитный автоматический выключатель постоянного тока

В этом выключателе применяются два механизма. Защита от перегрузки обеспечивается тепловым расцепителем, а магнитный расцепитель предотвращает короткое замыкание.

По-другому их можно назвать выключателями с инверсным временем. Как следует из названия, большая перегрузка сокращает время размыкания выключателя.

В случае перегрузки избыточный ток выделяет тепло. Биметаллический элемент улавливает его, и выключатель срабатывает при превышении номинала.

В случае короткого замыкания электромагнитный датчик обнаруживает ток повреждения. В ответ на это он отключает цепь.

Гибридный автоматический выключатель постоянного тока

Это выключатель постоянного тока с тремя отдельными ветвями, которые сконфигурированы параллельно для выполнения различных задач выключателя. Первая ветвь имеет механический выключатель, используемый для передачи номинального тока.

В нем также есть металлические контакты, которые действуют как механические выключатели за счет потерь на проводимость. Вторая ветвь осуществляет эффективную коммутацию с помощью полупроводников.

Единственное назначение третьей ветви - подавление переходных напряжений. Она состоит из металлооксидные варисторы (MOV), и они также забирают магнитную энергию системы.

гибридный автоматический выключатель постоянного тока

Рисунок 10 Гибридный автоматический выключатель постоянного тока

 

Количество полюсов

2-полюсный автоматический выключатель постоянного тока

Имеет два полюса и защищает цепи от короткого замыкания с возможностью изоляции нагрузки. Он широко используется в накопителях энергии и обычно располагается между инверторами и батареями.

4-полюсный автоматический выключатель постоянного тока

Они имеют уникальную конструкцию с одним нейтральным полюсом, в то время как другие полюса обеспечивают защиту цепи. Он срабатывает и отключает все полюса, как только обнаруживает неправильный ток.

Он не чувствителен к полярности и может применяться при трех- и четырехфазном распределении проводов. Это важно для мест с большим количеством электрооборудования, например, больниц, где требуется защита.

Миниатюрный автоматический выключатель постоянного тока/миниатюрный автоматический выключатель постоянного тока

Конструкция постоянного тока MCB это специальные автоматические выключатели, использующие постоянный ток. Он защищает электрооборудование от коротких замыканий и сверхтоков.

Следует отметить, что его работа и функции аналогичны MCB переменного тока. Однако области применения отличаются.

MCB постоянного тока применяются в основном в системах, работающих на постоянном токе, таких как солнечные фотоэлектрические установки (PV). Прерыватель работает в диапазоне напряжений 12-500 В.

На выключателе отмечены положительные и отрицательные символы. Кроме того, на них указано направление тока.

Автоматические выключатели постоянного тока в литом корпусе

В основном мы используем DC MCCB в приложениях, требующих хранения энергии. Они также являются лучшим выбором для использования в промышленных цепях постоянного тока.

 

Воздушный автоматический выключатель постоянного тока

Как и другие выключатели, он обеспечивает защиту от перегрузки по току и короткого замыкания в электрических устройствах. Механизм защиты основан на использовании воздушной струи для ограничения воздействия дуги.

Принцип его работы не такой, как у обычных автоматических выключателей. Странно, но взгляните на это, он генерирует напряжение дуги при прерывании дуги, а не подает напряжение питания.

Напряжение дуги - это наименьшее напряжение, необходимое для поддержания дуги. Среди способов повышения напряжения - разрыв дуги на различные серии.

Он также может удлинить путь дуги, увеличивая ее сопротивление. Это потребует дополнительного напряжения дуги на пути, что приведет к увеличению напряжения.

Прерыватель имеет две пары контактов с основным медным контактом, проводящим ток. Другой контакт выполнен из углерода.

Главный контакт размыкается первым, и выключатель немедленно размыкается, а дуговой контакт остается неповрежденным. Дуга возникает мгновенно после разъединения контактов.

 

Части автоматического выключателя постоянного тока

Компоненты различных типов автоматических выключателей в основном одинаковы.

Давайте рассмотрим их подробнее:

Рама - Обычно он очень прочный и жесткий. Его основное назначение - защита внутренних компонентов от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Он также обеспечивает изоляцию.

Тумблер/ручка - обычно используется для замыкания или размыкания выключателя постоянного тока. Для больших выключателей операторы могут использовать двухступенчатый процесс защиты.

Контакты - Они отвечают за прохождение тока после их соединения. В выключателях низкого напряжения контакты расположены в камере, в которой находится прерыватель дуги.

Дуговой огнетушитель - Когда выключатель срабатывает из-за неисправности, он гасит возникшую дугу. Поскольку мы не можем предотвратить возникновение дуги, лучшее, что может сделать выключатель, - это контролировать ее.

Путевой блок - При длительном коротком замыкании или перегрузке рабочий механизм размыкается устройством отключения. Они могут быть электронными или электромеханическими.

Детали автоматического выключателя постоянного тока

Рисунок 11 Детали автоматического выключателя постоянного тока

 

Принцип работы автоматического выключателя постоянного тока

Основы работы автоматических выключателей - как они работают?

Основная функция выключателя постоянного тока - защита цепи от токов повреждения или перегрузки по току. Для этого используются механизмы тепловой или магнитной защиты.

При перегрузке по току выключатель постоянного тока отключается тепловой защитой. Это означает, что электрический ток превысил номинальное значение выключателя.

В нем есть биметаллические полоски из двух разных металлов, которые расширяются при нагревании. Разница в их расширении заставляет биметаллическую полоску изгибаться и нарушать контакт с контактором.

Механизм тепловой защиты срабатывает только при перегрузке по току. Это означает, что он превысил обычный рабочий ток.

Магнитная защита используется при сильном токе замыкания в цепи. Она отключает автоматический выключатель постоянного тока, причем действие происходит быстро и мгновенно.

Автоматический выключатель можно снова включить с помощью рукоятки или тумблера. Это следует делать после устранения перегрузки или короткого замыкания.

MCB, как они работают?

Номинал автоматического выключателя постоянного тока

Когда вы хотите выбрать подходящую цепь постоянного тока, необходимо учитывать общее напряжение вашей электрической системы. Вы можете рассчитать его, взяв наибольшее значение из всех портов.

При расчете напряжения необходимо также учитывать способ интеграции выключателя и распределения напряжения. Номинальное напряжение выключателя должно быть достаточным для удовлетворения всех требований конечного применения.

Сила тока выключателя также очень важна для его номинала. Исходя из требований к нагрузке, выключатель должен работать на 100%.

Однако вы можете добиться максимальной работы, выбрав выключатель с током нагрузки 120%. Это поможет смягчить тепло, выделяемое системой питания.

Определение размеров автоматического выключателя постоянного тока

Определение размеров автоматического выключателя постоянного тока может оказаться очень сложной задачей. Однако это никогда не бывает невыполнимой задачей.

Мы прекрасно понимаем, что размер выключателя должен быть достаточно большим, чтобы выдержать необходимый ток нагрузки. Занижение размера выключателя означает риск возникновения электрического пожара.

Не волнуйтесь. Соблюдайте несколько правил, и вы сможете подобрать оптимальный размер выключателя постоянного тока.

Это:

80% Выключатель Rule

Правило в основном гласит, что вы можете использовать только 80% от номинальной амплитуды тока. Возьмем пример с выключателем на 40 А.

Самый безопасный максимальный ток, который вы можете допустить, - 32 А. Эта мера безопасности предотвращает возгорание выключателя.

Вычисление силы тока из мощности

На всех электронных устройствах, которые вы будете использовать, указана номинальная мощность. Возьмем для примера тостер мощностью 2000 Вт.

Поскольку при выборе прерывателя все зависит от ампер, вам нужно преобразовать мощность в амперы. Предполагая, что вы питаете его напряжением 240 В, ток составит 2000 Вт/240 В, что даст 8,33 А.

Если вы соблюдаете эти два правила, то расчет размера выключателя не составит труда. Перейдем к расчету размера выключателя на примере.

Возьмем тостер мощностью 2000 Вт, потребляющий 8,33 А. Приняв правило прерывания 80%, мы получим 8,33A.

Чтобы определить размер автоматического выключателя, возьмем коэффициент 1,25 и умножим его на количество потребляемых ампер. Таким образом, минимальный размер выключателя составляет 8,33 А × 1,25 = 10,42 А.

Поскольку ампераж выключателя должен быть не менее 10,42, мы можем использовать выключатель на 15 ампер. Таким образом, для тостера мощностью 2000 Вт, питающегося от напряжения 240 В, нам потребуется выключатель на 15 А.

Так мы можем вручную определить размер выключателя. Однако существуют современные динамические калькуляторы, которые работают гораздо быстрее и проще.

Если в конечном итоге вы будете потреблять большее количество ампер, можно установить несколько выключателей на 30 или 50 А параллельно. Это увеличит общую амплитуду выключателя.

Тепловой магнитный расцепитель в автоматическом выключателе постоянного тока

Если в электрической цепи превышено номинальное значение тока, выключатель отключается с помощью тепловой защиты. Тепловой расцепитель оснащен биметаллическими полосками, в которых два металла расширяются по-разному.

Тепло от избыточного тока заставляет биметаллическую полоску изгибаться и разрывать контакт с контактором. Это разрывает цепь, прекращая прохождение тока.

Срабатывание происходит быстро, поскольку тепло, выделяемое током, слишком велико для биметаллической ленты. Это механизм защиты выключателя от токов перегрузки, превышающих рабочий ток.

Автоматический выключатель DC MCB в сравнении с автоматическим выключателем в литом корпусе (MCCB)

Аббревиатуры могут иметь поразительное сходство, но пусть это вас не обманывает. Давайте рассмотрим некоторые их отличия, чтобы лучше понять их применение.

Прежде всего, их отличает мощность. Номинальный ток MCB не превышает 100 А, а номинал прерывания не превышает 1800 А.

Кроме того, мы чаще всего применяем их в низковольтных цепях. Это делает невозможной настройку их характеристик срабатывания.

С другой стороны, мы можем легко настроить характеристики отключения MMCB. Так как мы используем их в основном в высоковольтных цепях, они обеспечивают диапазон ампер около 10-2500 А в зависимости от применения.

Диапазон прерывания тока составляет 10000-200000 А. Они легко реагируют на удаленные команды для управления двигателем.

Автоматический выключатель постоянного и переменного тока

И постоянный, и переменный ток имеют одинаковые принципы работы, а разница заключается в величине электрического тока. Они оба используют методы магнитной и тепловой защиты, но на постоянном и переменном токе.

Также стоит отметить точку гашения дуги, которая у обоих выключателей ниже, чем у выключателей переменного тока. Это объясняется тем, что постоянное напряжение в постоянном токе обеспечивает постоянную дугу, которую трудно прервать.

Последствия? В выключателях постоянного тока предусмотрены дополнительные меры по гашению дуги. Дуга затягивается и рассеивается, что значительно упрощает прерывание.

Напротив, автоматические выключатели переменного тока очень легко справляются с прерыванием дуги. Амплитудные колебания обеспечивают каждый цикл до нуля, где легко происходит прерывание.

Применение автоматических выключателей в системах постоянного тока

Как работает автоматический выключатель в замедленной съемке - Искаженное восприятие - 4K

- Автоматический выключатель для передачи энергии постоянного тока

Высоковольтные выключатели постоянного тока обеспечивают защиту при передаче электроэнергии на большие расстояния. Клеммы, необходимые при преобразовании переменного/постоянного тока или постоянного/переменного тока, стоят дорого и должны быть защищены. Токи короткого замыкания могут привести к повреждению любого подключенного оборудования, поэтому выключатель необходим.

- Автоматический выключатель двигателя постоянного тока

Выключатели защищают электродвигатели постоянного тока различного назначения. Большинство из них автоматизированы с быстрым временем отклика и схемами управления на постоянном токе. Для защиты всех этих устройств требуется выключатель постоянного тока.

- Автоматический выключатель постоянного тока для солнечных батарей

Солнечные панели обычно собираются в последовательные цепи, которых может быть несколько. Все цепи должны иметь защиту в виде автоматического выключателя постоянного тока, поскольку они очень важны для всей схемы.

Как выбрать автоматический выключатель для постоянного тока

На рынке представлены различные автоматические выключатели постоянного тока. С такими вариантами вам будет проще сделать выбор.

Однако прежде чем выбрать наиболее подходящий вариант, задайте себе несколько вопросов:

  1. Каков номинальный ток вашего предполагаемого устройства?
  2. Сколько столбов требуется для вашего выключателя?
  • Какое напряжение требуется для вашего устройства?
  1. Каков общий ток вашей цепи?
  2. Каковы ваши нетипичные условия эксплуатации?

Вопросы и ответы

- Можно ли использовать автоматические выключатели переменного тока в системах постоянного тока?

Если рассматривать системы переменного и постоянного тока, то можно сделать вывод, что эффект нагрева для обеих систем одинаков. Однако при одинаковых среднеквадратичных значениях они все же содержат различные параметры.

Рассмотрим на примере переменного тока и напряжения. Их воздействие на цепь отличается от воздействия постоянного тока с тем же напряжением.

Таким образом, использование выключателя переменного тока в таких цепях становится нецелесообразным. Тот же принцип применим и к использованию выключателя постоянного тока в цепях переменного тока.

Теперь давайте разберемся в фактах.

Кроме того, при одинаковом напряжении питания обычно системы переменного тока требуют лучшей изоляции по сравнению с системами постоянного тока.

По сути, это означает, что при оценке изоляционных материалов, особенно при воздействии номинального и противоположного напряжения, будут наблюдаться различные реакции.

Выключатели постоянного тока имеют постоянное значение тока без частоты.

Следовательно, направление не зависит от силы тока или напряжения. Последствия? Контакты выключателя будут плавиться быстрее, если выключатель постоянного тока используется в цепи переменного тока.

- Дуга в выключателях постоянного тока и в выключателях переменного тока

Когда мы применяем прерыватель постоянного тока для разрыва цепи, контакты испытывают постоянный поток электронов. Этот поток усиливается благодаря приложенному напряжению.

В результате образуется дуга. Импульс электронов делает эту дугу сильнее по сравнению с выключателями переменного тока.

Кроме того, подача электронов в выключателях переменного тока происходит легко. Следует помнить о нестационарном состоянии тока и приложенного напряжения.

Это означает, что они имеют амплитудные колебания от пика к пику. Пики от положительного до нуля, затем до отрицательного и снова до нуля.

В результате возникает импульс, вызванный искажением вибрации. Это делает генерируемую дугу на переменном токе слабее, чем в выключателях постоянного тока.

- Направленные автоматические выключатели постоянного тока?

Обычно в цепях постоянного тока ток течет только в одном направлении. Это означает, что выключатель постоянного тока также должен быть однонаправленным.

Это гарантирует, что выключатель пропускает заряд только в определенном направлении. Если мы изменим полярность, то, скорее всего, повредим электрические устройства, что приведет к серьезным проблемам с безопасностью.

Выключатели постоянного тока сконструированы таким образом, что ток может быть прерван напряжением дуги. Это происходит при малых токах.