Модульные выключатели нагрузки: устройство, отличия от автоматов, особенности выбора и применения

Модульные выключатели нагрузки широко используются в современных системах электроснабжения для оперативного управления электрическими цепями. Они представляют собой компактные коммутационные аппараты, выполненные в стандартных модульных корпусах.

Внешне модульные выключатели нагрузки очень похожи на автоматические выключатели, однако имеют ряд важных отличий. В первую очередь, они лишены расцепителей и используются исключительно для ручного оперативного управления. При этом модульные выключатели нагрузки обладают более высокой износостойкостью и надежностью благодаря усиленным контактам.

В данной статье мы подробно рассмотрим устройство и принцип действия модульных выключателей нагрузки, изучим их отличия от автоматических выключателей, разберем основные критерии выбора и типичные области применения.

Устройство модульных выключателей нагрузки

Модульные выключатели нагрузки состоят из следующих основных элементов:

• Контактная система с мощными медными контактами, рассчитанными на коммутацию больших токов. Контакты могут иметь одинарный или двойной разрыв для повышения надёжности.
• Механизм ручного привода осуществляет силовое замыкание и размыкание подвижных контактов выключателя при перемещении рукоятки или нажатии кнопки.
• Корпус стандартного модульного исполнения для установки на DIN-рейку шириной 35 мм.

По количеству полюсов модульные выключатели нагрузки выпускаются:

• Однополюсные — для коммутации однофазных цепей.
• Двухполюсные — для однофазных цепей с разрывом нуля.
• Трёхполюсные — для трёхфазных цепей без разрыва нуля.
• Четырёхполюсные — с разрывом нулевого провода в трёхфазных цепях.

По величине номинального тока модульные выключатели нагрузки выпускаются на токи от 16 до 125 А.

Таблица 1. Основные технические характеристики модульных выключателей нагрузки

На корпусе выключателя нагрузки имеется чёткая маркировка с обозначением его номинального рабочего тока (Ie) и количества полюсов.

Номинальный рабочий ток Ie — это максимальный ток, который выключатель нагрузки может проводить в нормальном режиме работы. Он выбирается из стандартного ряда значений: 16 А, 20 А, 25 А и т.д.

Не следует путать номинальный рабочий ток Ie выключателя нагрузки с номинальным током Iн автоматического выключателя, который определяет уставку его теплового расцепителя.

При подборе выключателя нагрузки ориентируются на величину номинального рабочего тока Ie, а не на ток Iн автомата. Рекомендуется, чтобы Ie выключателя нагрузки был равен или превышал Iн вводного автоматического выключателя.

Отличия модульных выключателей нагрузки от автоматических

Несмотря на внешнее сходство, модульные выключатели нагрузки имеют принципиальные отличия от автоматических выключателей:

1. Отсутствие расцепителей и автоматики.

В отличие от автоматов, выключатели нагрузки не имеют тепловых или электромагнитных расцепителей. Они предназначены только для ручного оперативного управления и не обеспечивают автоматического отключения при перегрузках или коротких замыканиях.

2. Усиленные контакты с двойным разрывом.

Выключатели нагрузки имеют более мощную контактную систему, рассчитанную на частые коммутации больших токов нагрузки. Контакты могут выполняться с двойным разрывом для повышения надёжности.

3. Более высокая механическая и электрическая износостойкость.

За счёт более прочной конструкции ресурс выключателей нагрузки по количеству коммутаций в 1,5-3 раза выше, чем у аналогичных по току автоматических выключателей.

4. Только ручное управление.

Включение и отключение выключателя нагрузки возможно только вручную переключением рычага или кнопки. Автоматического срабатывания при перегрузках или коротких замыканиях не происходит.

5. Назначение — оперативная коммутация.

В отличие от защитных функций автоматов, выключатели нагрузки предназначены именно для частых оперативных включений и отключений электрических цепей под нагрузкой.

Критерии выбора модульного выключателя нагрузки

Чтобы правильно подобрать модульный выключатель нагрузки для конкретного применения, нужно учитывать следующие основные критерии:

1. Номинальный ток.

Номинальный рабочий ток Ie — это максимальное значение тока, которое выключатель нагрузки может проводить длительное время без перегрева в нормальном режиме работы. Он указывается в технических характеристиках и на корпусе выключателя.

При выборе выключателя нагрузки его номинальный ток Ie должен быть равен или больше величины максимального длительного тока нагрузки в отключаемой цепи.

Рекомендуется выбирать выключатель с запасом по току порядка 20% относительно максимального тока нагрузки. Это позволит компенсировать возможный разброс параметров, старение контактов, а также кратковременные перегрузки.

Например, если максимальный ток нагрузки составляет 50 А, то оптимальный номинальный ток выключателя нагрузки составит 50*1,2 = 60 А, т.е. берём выключатель с токовой характеристикой 63А.

2. Количество полюсов.

При выборе модульного выключателя нагрузки нужно определить требуемое количество полюсов в зависимости от схемы подключения:

• Для однофазных цепей используется однополюсный выключатель (1P).
• В однофазных цепях, где нужен разрыв нулевого рабочего проводника, применяется двухполюсный выключатель (2P).
• Для трехфазных цепей с рабочим нулевым проводом (3-проводная схема) используется трехполюсный выключатель (3P).
• Если в трехфазной сети требуется разрыв нулевого рабочего проводника (4-проводная схема), то устанавливается четырехполюсный выключатель (4P).

Количество полюсов выключателя нагрузки выбирается исходя из числа коммутируемых фазных проводников и необходимости разрыва нулевого рабочего провода в сети. Это определяется схемой подключения питания к нагрузке.

3. Наличие вспомогательных контактов.

Некоторые модульные выключатели нагрузки имеют один или несколько вспомогательных контактов. Могут быть нормально замкнутыми (НЗ) или нормально разомкнутыми (НР).

Вспомогательные контакты служат для:

• Передачи сигналов в цепи управления и автоматики о включенном или отключенном положении выключателя.
• Блокировки взаимозависимых цепей — например, невозможности включения привода при отключенном питании.
• Дистанционной сигнализации и передачи данных о состоянии коммутационного аппарата.
• Подключения индикаторных ламп на дверце шкафа.

4. Тип корпуса и способ установки.

По типу корпуса модульные выключатели нагрузки выпускаются:

• С корпусом для установки на DIN-рейку шириной 35 мм. Такие выключатели монтируются в распределительных шкафах на стандартные профильные шины EN 60715. Это наиболее распространенный вариант.
• С корпусом повышенной прочности для открытой установки непосредственно на стену или панель. Крепление осуществляется винтами.
• В виде выдвижных блоков для встраивания в распределительные шкафы на направляющие. Позволяет удобно заменять или обслуживать выключатель.
• С передним присоединением проводов для монтажа в панелях дверей распредшкафов или щитков.

5. Климатическое исполнение.

Модульные выключатели нагрузки выпускаются в различных климатических исполнениях для эксплуатации в соответствующих условиях окружающей среды:

• Общеклиматическое исполнение УХЛ категории 3 предназначено для помещений с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий. Диапазон рабочих температур от -10 до +40°C, относительная влажность до 80% при 25°C.
• Исполнение УХЛ категории 4 рассчитано на эксплуатацию в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями. Диапазон рабочих температур от +1 до +35°C, относительная влажность до 60% при 25°C.
• Исполнение TР предназначено для тропических или особо влажных условий. Рабочая температура от -10 до +55°C, относительная влажность до 100% при 25°C.
• Исполнение УХЛ категории 2 рассчитано на работу на открытом воздухе с температурой от -45 до +40°C и относительной влажностью до 98%.

Выбор климатического исполнения определяется условиями эксплуатации выключателя нагрузки с учетом возможных перепадов температуры и влажности.

6. Коммутационная износостойкость.

Этот параметр показывает, какое количество циклов оперативных включений и отключений выключатель нагрузки может выдержать до появления признаков износа.

Коммутационная износостойкость бывает механической и электрической.

• Механическая — максимальное количество циклов без тока. Для модульных выключателей составляет от 10 000 до 50 000 циклов.
• Электрическая — количество циклов под нагрузкой с номинальным током. Типовые значения — от 5 000 до 20 000 циклов.

При выборе выключателя нагрузки нужно ориентироваться на частоту его оперативного использования в системе и выбирать модель с запасом по износостойкости 2-3 раза. Это обеспечит длительную бесперебойную работу.

7. Надёжность и безопасность.

Предпочтение следует отдавать выключателям проверенных брендов, таких как Schneider Electric, ABB, Siemens, Eaton. Это гарантирует высокое качество и надёжность конструкции.

Рекомендуется выбирать модели с двойным разрывом контактов. Это означает, что на каждом полюсе установлено по две пары контактов, размыкающих цепь в двух точках.

Преимущества двойного разрыва:

• Повышенная электрическая прочность изоляции. Зазор между контактами удваивается.
• Минимизация искрения дуги, меньший износ контактов.
• Предотвращение случайного замыкания цепи даже при сваривании одной пары контактов.

Двойной разрыв контактов значительно повышает надёжность и безопасность выключателя нагрузки.

Типичные области применения модульных выключателей нагрузки

Благодаря своим техническим характеристикам, модульные выключатели нагрузки находят широкое применение в различных областях:

• В качестве вводных и распределительных устройств в электрощитах для жилых, общественных и промышленных зданий. Позволяют оперативно включать и отключать электроснабжение различных групп потребителей.
• Для ручного дистанционного или аварийного отключения электрооборудования и технологических линий на производстве.
• В системах промышленной автоматизации для оперативной коммутации силовых цепей исполнительных механизмов.
• Для быстрого снятия напряжения с участка электрической сети при проведении ремонтных или профилактических работ.
• Для отключения групп осветительных приборов или розеточных групп при уходе из помещения.
• В составе систем гарантированного электропитания для оперативного переключения между основным и резервным источником.
• Для пуска или остановки мощного электропривода, когда необходимо исключить переходные процессы.

Сочетание компактности, надежности и удобства управления делает модульные выключатели нагрузки незаменимыми для решения многих задач в электроэнергетике.

Особенности монтажа и подключения

При монтаже и подключении модульных выключателей нагрузки нужно учитывать следующие основные моменты:

• Выключатели монтируются на DIN-рейку или крепятся винтами в зависимости от типа корпуса. Монтаж должен выполнять квалифицированный электрик.
• Сечение подводящих медных проводов должно соответствовать номинальному току выключателя. Значения могут быть от 1,5 до 50 мм².
• Проводники подключаются в верхние или нижние зажимы выводов выключателя в зависимости от схемы. Момент затяжки регламентирован.
• Для многополюсных выключателей фазные и нулевой рабочий проводник должны быть распределены в соответствии с маркировкой зажимов.
• Выключатель должен быть надёжно заземлён через специальный зажим или DIN-рейку.
• Рекомендуется устанавливать выключатель в доступном для обслуживания месте, обеспечив удобство управления.
• После монтажа следует убедиться в правильности подключения и работоспособности выключателя.

Соблюдение правил монтажа и подключения обеспечит надёжную и безопасную работу модульного выключателя нагрузки.

Заключение

Модульные выключатели нагрузки занимают важное место в современных системах распределения и управления электроэнергией. Их основное предназначение — оперативная коммутация электрических цепей в нормальных и аварийных режимах работы.

Отличительными особенностями выключателей нагрузки по сравнению с автоматическими являются: отсутствие расцепителей, усиленные контакты, повышенная износостойкость и только ручной привод.

При выборе этих полезных устройств следует учитывать номинальный ток, количество и тип полюсов, климатическое исполнение и другие характеристики.

Знание принципов работы, конструктивных особенностей и правил монтажа модульных выключателей нагрузки позволит специалистам оптимально использовать их в различных инженерных задачах.

Проходные выключатели: подробные схемы подключения и монтажа

Как работает сенсорный выключатель — схемы подключения

Какой автоматический выключатель ставить на ввод в квартиру и частный дом?

Установка и подключение двухклавишного выключателя своими руками

Обзор современных протоколов промышленной автоматизации — Modbus, Profinet, EtherCAT и др.

Как выбрать автоматический выключатель по мощности и току нагрузки?