Автоматические системы защиты электрических цепей, пришедшие на смену плавким предохранителям, широко применяются не только в разветвлённых сетях производственных предприятий, но и в бытовых электропроводках. Автоматы компактны, надёжны, просты в управлении. Защитить электрическую проводку домашней сети можно с помощью однополюсных автоматов. Но нередки случаи, когда для полноценной защиты электрических установок необходимо устанавливать двухполюсный автомат. Иногда сложную электрическую сеть можно защитить исключительно с помощью групповых автоматов.
Особенность многополюсных автоматов в том, что они разъединяют несколько линий одновременно. Это свойство очень полезно в трехфазных цепях, так как отключение лишь одного фазного провода может привести к выводу из строя электромоторов и другого оборудования. Подобные проблемы в двухпроводной схеме решаются с помощью двухполюсников.
Устройство и принцип работы
Конструкция двухполюсника идентична автоматическому выключателю с одним полюсом. Иначе говоря, этот прибор состоит из двух однополюсных автоматов объединённых в одном корпусе. Его особенность в том, что в этих защитных устройствах в аварийных ситуациях автоматически отключаются обе защищаемые линии одновременно. В принципе, элементарный двухполюсный автомат можно сделать самому, соединив планкой намертво рычажки управления двух однополюсников.
Внимание! Заменять двухполюсный автомат двумя одиночными выключателями, работающими по отдельности, нельзя! Не стоит также использовать в качестве двухполюсного автомата одиночные выключатели, соединённые перемычкой. В конструкции двухполюсника присутствует ещё блокировочный механизм, которого нет в «усовершенствованном» устройстве из однополюсных автоматов.
Для понимания устройства и принципа работы двухполюсного автоматического выключателя достаточно разобраться в строении автомата с одним полюсом. Самый простой такой прибор состоит из биметаллической пластины и конструкции механизма взвода и расцепления. Кстати устаревшие автоматы именно так и выглядели. Устройство такого выключателя изображено на рисунке 1.
В ситуациях, равносильных короткому замыканию или при длительных перегрузках в однофазных цепях биметаллическая пластина нагревается и вследствие деформации действует на рабочий рычаг конструкции. Срабатывает механизм защитного отключения и цепь разрывается.
Принцип работы этого устройства очень простой. Когда величины номинальных токов превысят допустимые параметры, тепловой расцепитель приводит в действие подвижный контакт и цепь разрывается. Механизм отключения питания может сработать в двух случаях – при перегрузке или вследствие КЗ. Для подключения питания необходимо устранить причину возникновения токов срабатывания, а потом нажатием рычага управления включить автомат.
Схема работы проста и надёжна. Однако у неё есть существенный недостаток: автомат не реагирует на токи утечки, поэтому не может защитить от поражения током или предупредить загорание проводки в случае искрения. С целью полной защиты требуются дополнительные устройства.
Упомянутого недостатка лишены современные двухполюсные пакетники. На рисунке 2 изображено устройство такого автоматического выключателя. В его конструкции есть одна важная деталь – электромагнитный расцепитель. Такие двухполюсные устройства сочетают в себе функции обычных дифференциальных автоматов-выключателей и устройства защитного отключения (УЗО).
Благодаря электромагнитному расцепителю механизм взвода и расцепления двухполюсного автомата реагирует на токи утечки. Это то самое блокирующее устройство, о котором речь шла выше.
Принцип действия электромагнитного расцепителя.
По двухпроводной линии ток проходит в двух противоположных направлениях – по фазному проводнику в одну сторону, а по нулевому – в другую. При номинальном напряжении магнитные потоки в катушках соленоида, наводимые равновеликими встречными токами, компенсируются. Поэтому результирующий магнитный поток нулевой.
Но стоит появиться утечке, как баланс нарушится, и возникший магнитный поток втянет стержень в соленоид. Он, в свою очередь, приведёт в действие рычаги механизма взвода и расцепления. Двухполюсный автомат разомкнёт 2 полюса, не зависимо от того, в каком из проводников появилась утечка или короткое замыкание. Произойдёт срабатывание УЗО, как реакция на изменение параметров дифференциальных токов.
Назначение
В случае одноконтурной электрической схемы, часто используемой в электрификации домов, не целесообразно применение двухполюсных автоматов для защиты сети. Эту задачу успешно решают однополюсные выключатели, так как нет особой необходимости в одновременном отключении различных сегментов цепи. В однофазной проводке с заземлённой нейтралью, когда все нулевые проводники закорочены на нулевые шины, также можно обойтись одиночными выключателями.
Совсем другая ситуация возникает в случаях, когда некое оборудование не может быть подключено в одну общую цепь. Например, если для питания группы электрических приборов используется трансформатор, то без двухполюсного автомата уже не обойтись. Объяснение простое – на выходе трансформатора нет фазы и нуля. Отсечение электрического тока на одном из проводов не исключает наличия напряжения на другом. Только одновременное отключение двух полюсов обеспечивает безопасность оборудования.
Установка двухполюсника позволяет совместить в одном устройстве задачи дифференциальных защит и УЗО. При этом уже не требуется устанавливать отдельные дискретные устройства защитного отключения.
По аналогичному принципу работают четырехполюсные автоматы, работающие в трехфазных сетях с использованием нулевых проводов. Трехполюсными автоматами осуществляется защита трехфазных нагрузок от КЗ.
Кстати, ПУЭ не запрещает использование двухполюсных выключателей в качестве вводных автоматов. Их можно также применять для защиты групповой и индивидуальной нагрузки. Но, ни в коем случае через это устройство нельзя подключать провода заземления. Помните, что разрыв РЕ-провода допускается только при извлечении штепселя из розетки.
Достоинства и недостатки
Двухполюсные автоматы обеспечивают контроль линий при однофазном питании, а также защиту оборудования, работающего в трехфазных цепях.
К достоинствам этих устройств можно отнести:
- надёжную защиту домов, офисов и производственных помещений от сетевых перенапряжений;
- возможность контроля мощности отдельных электроприборов и установок;
- лёгкость монтажа и обслуживания. Двухполюсные АВ идеально подходят для выполнения разветвлений и структурирования проводки в электроснабжении помещений.
Конечно, главное преимущество в том, что двухполюсный автомат одновременно обесточивает два проводника, не зависимо от того, в котором из них произошла авария. Это гарантирует полное отсутствие напряжения в защитных проводниках.
Из недостатков можно отметить:
- существование вероятности пробоя кабеля при одновременном включении двух нагруженных линий;
- в редких случаях, при выходе из строя теплового расцепителя, возможно произвольное отключение питания даже в режиме номинальных напряжений;
- необходимость подбора двухполюсных автоматов в соответствии с расчётными параметрами сети. Если чувствительность выключателя будет завышена – он без веских причин будет часто срабатывать, а при заниженном показателе скорости реакции на нестандартную ситуацию, автомат не заметит перегрузки сети.
Благодаря уникальным преимуществам применение двухполюсных выключателей оправдано даже с учётом существующих вероятностей проявления указанных недостатков.
Установка и схемы подключения
Монтаж устройств на дин-рейку выполняется очень просто. Для этого предусмотрены специальные захваты (защёлки) с тыльной стороны автомата (Рис.3). Подсоединение проводов к клемме прибора тоже не вызывает трудностей: провода легко зажимаются болтами на клеммах прибора. По умолчанию к верхним клеммам подключают провода ввода, а к нижним – вывода.
Общепринятая схема подключения выглядит следующим образом:
- Перед счётчиком устанавливают выключатель вводной AB.
- После счётчика с однофазным вводом монтируется двухполюсный АВ.
- Если предусмотрен трехфазный ввод, то используют трёхполюсный или четырёхполюсный автоматический выключатель, в зависимости от схемы подключения нулевых проводников.
В сложных разветвлённых схемах может быть несколько двухполюсников, после которых, на каждую ветвь устанавливается ещё по одному однополюсному автомату. Пример такой схемы с общей нулевой шиной представлен на рисунке 4. Обратите внимание, что для фазного ввода использован двухполюсный автомат. На этой схеме нет других вводных устройств.
Как выбрать двухполюсник?
Для того чтобы автоматический выключатель в полной мере обеспечивал необходимую защиту, необходимо взвешено подойти к его выбору. Главное не ошибиться с номиналом. Для этого необходимо знать номинальную нагрузку, которую планируете подключить к прибору.
Ток в цепи, защищаемой автоматом, вычисляем по формуле: I = P / U, где P – номинальная нагрузка, а U – напряжение в сети.
Например: если к прибору буден подключен холодильник на 400 Вт, электрочайник на 1500 Вт и две лампочки по 100 Вт, то P= 400 Вт+1500 Вт+ 2×100= 2100 Вт. При напряжении 220 В максимальный ток в цепи будет равен: I=2100/220= 9.55 A. Ближайший к этому току номинал автомата – 10 А. Но при расчётах мы не учли ещё сопротивления проводки, которое зависит от типа проводов и их сечения. Поэтому покупаем выключатель с током срабатывания на 16 ампер.
Приводим таблицу, которая помогает определить мощность сети для учёта при расчётах силы тока.
| Сила тока | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 16 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | |
| Мощность однофазной сети | 02 | 04 | 07 | 09 | 1,1 | 1,3 | 1,7 | 2,2 | 3,5 | 4,4 | 5,5 | 7 | 8,8 | 11 | 13,9 | 17,6 | 22 | |
| Сечения проводов
|
медных | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 2,5 | 4 | 6 | 10 | 10 | 16 | 25 | 35 |
| алюминиевых | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 4 | 6 | 10 | 16 | 16 | 25 | 35 | 50 | |
Пользуясь таблицей можно с большой точностью вычислить необходимые параметры двухполюсного автомата.
Что касается магазинов, где можно их приобрести, ориентируйтесь на цены и на ассортимент продукции. Из списка производителей можем порекомендовать, например, бренд Legrand.
Часто задаваемые вопросы от читателей
Разрешен ли двухполюсный автоматический выключатель на вводе в системе TN-C?
Да вполне разрешается, более того, я рекомендую устанавливать именно его на вводе в дом или квартиру. Двухполюсный выключатель отличный коммутатор, так как обеспечивает одновременный разрыв и фазного, и нейтрального проводника, в отличии от однополюсного.
Это удобно тем, что напряжение не может податься из сети ни по одному из выводов.
Дело в том, что на практике часто встречаются случаи, когда из-за своеволия соседей или горе электриков у вас в доме выводы могут поменяться местами. В такой ситуации однополюсный автоматический выключатель на вводе отключит не фазный, а нейтральный проводник. Что существенно повышает вероятность поражения электрическим током, как вы уже поняли, система с двухполюсным автоматическим выключателем на вводе лишена данного недостатка.
Если вы рассматриваете данную проблему с точки зрения ПУЭ, то здесь хочу обратить ваше внимание на п. 6.6.28, который гласит:
В трех- или двухпроводных однофазных линиях сетей с заземленной нейтралью могут использоваться однополюсные выключатели, которые должны устанавливаться в цепи фазного провода, или двухполюсные, при этом должна исключаться возможность отключения одного нулевого рабочего проводника без отключения фазного.
Конструкция двухполюсного автоматического выключателя в полной мере соответствует данному требованию, так как и фазный, и нейтральный проводник разрываются в нем одновременно. А вот заменять один двухполюсный двумя однополюсными однозначно нельзя, поскольку такая схема позволит разрывать нейтральный проводник без отключения фазного, вразрез требованиям п.6.6.28 ПУЭ.
Список использованной литературы
- Кузнецов Р. С. «Аппараты распределения электрической энергии на напряжение до 1000В» 1970
- Буль Б.К. «Основы теории электрических аппаратов» 1970
- Е.Д. Тельманова «Электрические и электронные аппараты» 2010
Алексей
Переменный ток по фазному и нулевому проводникам идет в обеих направлениях потому что он переменный и меняет свое направление 50 раз в секунду. В описании двухполюсного автомата, который якобы отслеживает утечку тока неправильное объяснение. Показан автомат с комбинированной защитой. Тепловая защита работает от нагрева биметаллической пластины и срабатывает при перегрузках и к.з. с задержкой до 1 сек. Электромагнитная защита при к.з. срабатывает практически мгновенно. В УЗО используется трансформатор тока нулевой последовательности. Т.е. при отсутствии утечки тока на ЗЕМЛЮ, не между фазой и нулем, а именно на землю. В показанных схемах подключения УЗО при пробое фазы на корпус прибора не отключает прибор, потому что нет утечки на землю. Токи в нулевом и фазном проводниках равны, наводимые имимагнитные потоки в трансформаторе тока компенсируются, напряжение на катушке отключения равно нулю, корпус прибора остается под напряжением. И только при прикосновении к нему человека,тело которого имеет контакт с землей ( токопроводящий пол, одновременное прикосновение к корпусу прибора и водопроводу, радиатору отопления) возникает ток утечки через тело человека. И в зависимости от того какое стоит УЗО (ток срабатывания, время отключения) будет зависеть опасность воздействия тока на человека. 0,01 ампера считается опасной, 0,1 ампера может привести к смертельному случаю. А если приборы будут заземлены,то отключение произойдет в момент пробоя изоляции на корпус прибора. Если не приходит провод заземления, то на вводе до входного автомата необходимо разделить нулевой провод на рабочий нулевой проводник и защитный нулевой проводник. Рабочий подключаем на вход вводного автомата, а нулевой защитный к заземляющей шине, к которой третьим проводом подключаем заземляющие клеммы розеток.
Владимир
Алексей подскажите пожалуйста- хочу использовать двухполюсный автомат как сдвоенный выключатель на два прибора которые работают раздельно, но должны включатся только одновременно (включаю фазу на них через двухполюсник, ноль напрямую) . Потребляемые токи этих двух приборов разные ( 10 А и 0,2 А ). Будет ли срабатывать двухполюсник при аварии только в одной цепи например в цепи 0,2 А. ?
h
Мда, у вас на рисунке 2 показан обычный автоматический выключатель, а не то, что пишите в статье. Вдобавок, двухполюсник не реагирует на утечки, т.к. внутри него нет УЗО.
Радик
Доброго времени суток!
У меня двухполюсный автомат выключатель фирмы ABB, есть ли разница куда подключать фазу? в правый или в левый ?
Алексей
Без разницы, смотрите по наиболее рациональному расположению проводников, чтобы было как можно меньше перекрестий и перехлестываний.
Konstantin Smirnov
Разве УЗО, дифф. автомат и двухполюсник — это одно и тоже?
Дмитрий
Не совсем понял Ваш вопрос. Устройство защитного отключения, двухполюсное априори. Да автомат, реагирует на переменный синусоидальный дифференциальный ток, соответсвенно он дифференциальный.
Алексей
Дмитрий, вот только Вы написали большую глупость про совмещение в «современных двухполюсниках» функций диф.автомата и УЗО. Диф.автомат — это сочетание автомата и УЗО в одном устройстве. Потому фраза про совмещение функций просто некорректна.
Далее. Есть двухполюсники 2P и 1P+N (которые и есть диффы). Чистые 2P расцепляют сразу 2 провода — на вводе, в цепях с трансформаторами, для защиты и управления цепей с одновременным подключением питания. 1P+N расцепляет же только фазный провод. В публикации же чёткого разделения нет.
Макаров Дмитрий (Эксперт)
Да, вы правы, в статье присутствует опечатка, дифференциальный автомат представляет собой совмещение классического автоматического выключателя и устройства защитного отключения.
По поводу маркировки двухполюсных автоматов или диффавтоматов, первый вариант — 2P справедлив как для классического автоматического выключателя, срабатывающего от превышения токовой нагрузки или при возникновении токов короткого замыкания, так и для дифференциального.
Если рассматривать второй вариант маркировки 1P+N, то он справедлив только для дифференциальных автоматов, а данная статья рассматривает именно двухполюсные автоматы, а дифференциальные только как их усовершенствованный вариант. Именно поэтому в данной статье вопрос об обозначении количества полюсов не освещался в такой мере.