Что такое выключатель нагрузки и как он используется?

Что такое выключатель нагрузки?

Если сказать коротко – это мини рубильник. Многие, наверное, хоть раз в жизни видели металлический ящик с ручкой, выходящей из его бока. Когда ручку поднимают – подаётся питание в сеть, когда опускают – происходит отключение. А если приходилось заглянуть внутрь, можно было увидеть большие медные ножи, так называются подвижные контакты, и губки – неподвижные контакты, в которые ножи входят. Отличительной чертой такого устройства является то, что можно визуально наблюдать разъединение электрической цепи.

Модульный выключатель нагрузки, конечно же, имеет другую форму и конструкцию, да и размерами намного меньше, но работает по такому же принципу. Поэтому он, как разъединитель и высоковольтные выключатели относится к коммутационным аппаратам.

По названию, порой, тяжело определить, что это за прибор, так как каждый производитель в разных странах использует своё наименование. Поэтому лучше узнавать у продавца. Иногда можно увидеть в названии буквы ВН, помогающие определиться с устройством, например, выключатель нагрузки ВН-32 3Р 40А IP20.

Аббревиатура ВН означает выключатель нагрузки, 3P указывает на количество полюсов, в этом случае их 3. Затем идёт номинальный, рабочий ток, именно это значение является рабочим для выключателя нагрузки. Например, выключатель нагрузки ВН-32 выпускается на следующие номиналы по току: 20; 25; 32; 40; 63 и 100 А.

Последним показан класс защиты (цифры IP-20). Это показатель степени защищённости человека при использовании этого прибора. Для обычного пользователя он не важен, поскольку магазины продают допустимые для общего пользования электроаппараты.

Конструкция

Рассмотрим, из чего состоит выключатель нагрузки на примере устройства коммутационного аппарата типа ВНР-10/400

1. Основание (рама).
2. Опорный изолятор.
3. Держатели с контактами.
4. Подвижный рабочий нож.
5. Камера гашения дуги.
6. Неподвижный верхний контакт.
7. Изолирующая тяга.
8. Рычаг.
9. Гибкая связь.
10. Нож заземления.
11. Вал заземления.
12. Тяга блокировочного устройства.
13. Пружины.
14. Резиновые прокладки.
15. Вал рабочих ножей.

Применение

Выключатели нагрузки применяются в распределительных сетях с целью коммутации линий, силовых трансформаторов, работающих при номинальных напряжениях. Устройства могут использоваться для включения/отключения дополнительных нагрузок, но они не предназначены для защиты от коротких замыканий, за исключением тех конструкций, в которых установлены плавкие предохранители (см. рис. 1).

ВН с предохранителями

Такими разъединителями мощности оборудуются высоковольтные линии на 6 – 10 кВ, для токов, не превышающих 400 – 600 А. Для коммутации и защиты более мощных линий электропередач применяются релейные устройства. В маломощных сетях допускается использование ВН без предохранителей.

Существуют компактные выключатели нагрузок до 100 А, которые легко монтируются в распределительных устройствах. Такие рубильники внешне похожи на конструкцию автоматического выключателя (см. рис. 2) и устанавливаются на входах сетей многоквартирных и частных домов. Они управляются только вручную и не отключаются при достижении тока срабатывания защиты.

Маломощные выключатели нагрузки

Наличие модульного выключателя мощности не исключает необходимости защиты проводки в аварийных режимах другими способами. В частности, аварийное отключение домашней электрической сети обеспечивают автоматические пакетные выключатели, но использовать их для частого отключения нагрузки не рекомендуется из-за быстрого износа контактов. В этом смысле переключатель нагрузки более надёжен, так как его контакты рассчитаны на такие режимы работы.

Область применения выключателей в быту

Обычно в частных домах и квартирах используют автоматические выключатели. С их помощью, в случае надобности, обесточивают жилые помещения и проводят все необходимые монтажные работы, связанные с плановым обслуживанием или ремонтом электрических сетей.

Однако эти приборы – отнюдь не панацея. Автоматы в первую очередь служат для предохранения токоприемников и электрической проводки от агрессивного воздействия сверхтоков. Разрыв цепи относится к второстепенным задачам, которые выполняют эти приборы.

Компании, занимающиеся изготовлением элементов электросистемы, в сопроводительной документации всегда указывают, что автомат не предусматривает частой коммутации. Максимальный режим отключения не должен превышать 6 раз в час

Регулярное отключение энергии при помощи автомата – не самая удачная идея. Особенно, если при этом от розетки не отводится нагрузка. Модуль в этом случае изнашивается гораздо быстрее и выбирает свой рабочий ресурс за более короткое время, нежели было заявлено заводскими характеристиками.

Если модуль отключения нагрузки работает некорректно или в самом приборе выявился дефект, не стоит разбирать устройство и пытаться его чинить. Разумнее приобрести новый аппарат и вмонтировать его на место старого (неисправного)

Внутри корпуса постепенно выгорают и чернеют контакты, а само изделие теряет номинальную пропускную способность, перестает выполнять свои задачи и потом выходит из строя. Хозяевам в этой ситуации приходится в срочном порядке менять прибор.

Если проигнорировать этот момент, следующее короткое замыкание испортит проводку, спровоцирует воспламенение автомата и, возможно даже, приведет к более серьезным последствиям.

В групповых щитках прибор отключения нагрузки часто используется в качестве вводного коммутатора. Именно через него к распределителю подсоединяется силовой кабель, идущий от подстанции или другого щитка

Именно поэтому специалисты рекомендуют для частых отключений использовать не обычные автоматы, а прогрессивные и надежные выключатели нагрузки.

Эти элементы повысят безопасность электрощитков, обеспечат качественное, бесперебойное питание электричеством любого жилого помещения и позволят, в случае необходимости, удобно и быстро разомкнуть цепь, провести ремонтно-монтажные мероприятия любой сложности и снова подключить жилье к общей подающей энергию системе.

Установка прибора для деактивации нагрузок на входе в распределительный щиток позволяет снять напряжение с самого щитка и корректно заменить вышедшие из строя автоматические выключатели.

При наличии такого аппарата очень легко отключить любое помещение от централизованной питающей сети с целью планового обслуживания или выполнения необходимых ремонтных работ. Агрегат обеспечит полную безопасность мастеру и позволит быстро устранить все обнаруженные неполадки.

Преимущества и недостатки

У рассматриваемых коммутационных аппаратов есть сильные и слабые стороны.

К преимуществам относятся:

• меньшая себестоимость, по сравнению с другими видами выключателей;
• быстрое и надёжное включение и отключение номинальных токов нагрузок;
• возможность применения дешёвых плавких предохранителей для защиты от перегрузок;
• наличие у высоковольтных ВН видимого разрыва контактов, что позволяет обходиться без дополнительного разъединителя.

Недостатки:

• ограниченный ресурс эксплуатации;
• разрыв цепи возможен только для токов, в пределах номинальных значений мощностей;
• после срабатывания предохранителя необходима его замена.

Отличия от автоматического выключателя

Автоматический выключатель нагрузки – это прибор электрический коммутационного назначения. Он предназначен для проведения номинальных токов к нагрузке и размыкает цепь в автоматическом режиме, если возникают токи короткого замыкания либо токи, превышающие значение номинальных. Также некоторые устройства способны срабатывать при нежелательном понижении питающего напряжения, когда мощность изменяет направление. Не следует использовать автоматы в качестве тумблеров, их механизм не приспособлен для этого, могут подгорать внутренние контакты.

По числу полюсных контактов: одно-, двух- и трехполюсные.

С функцией токоограничения и без нее.

По исполнению механизма расцепления: тепловой от перегрузок, электромагнитный от к. з., полупроводниковый, настраиваемый от всех аварий, комбинированный.

Ручного привода либо от электромагнитов.

С возможностью устанавливать задержку по времени в режиме к. з. и без этой функции.

По типу конструкции: неподвижные, стационарные и выдвижные.

Автоматический дифференциальный выключатель

В домашних условиях часто используются другие устройства – автоматические дифференциальные выключатели. Их устанавливают на различные бытовые приборы для защиты от скачков напряжения. Они могут обесточить помещение при необходимости, защитить токоприемники и проводку от агрессивного воздействия высоких токов.

Автоматические выключатели не подходят для частых отключений и выключений. Это может привести к быстрому износу модуля и выгоранию рабочего ресурса, после чего устройство придется менять. Для таких целей рекомендуется использовать модульные выключатели нагрузки. Коммутаторы ввода обеспечивают высокую безопасность распределительных щитов, бесперебойную подачу электричества, удобство размыкания цепи. Оптимальным вариантом является использование переключателя нагрузки и автомата одновременно. Тогда повышается безопасность электросети.

Главным отличием от автомата является невозможность работы в автоматическом режиме. Для переключения требуется внешнее вмешательство – ручное или дистанционное. Автомат срабатывает при достижении предельного тока. Также приборы могут отличаться по маркировке и внешнему виду.

Виды

По способу гашения дуги в камерах, ВН подразделяются на следующие виды:

• автогазовые;
• элегазовые;
• вакуумные;
• воздушные;
• масляные;
• электромагнитные.

Автогазовый (газогенерирующий) выключатель

Устройство предназначено для оперативной коммутации силового электрооборудования. Подавление дуги происходит под действием газов, генерируемых в камере гашения. Вкладыш из мочевиноформальдегидной смолы или из полиметилметакрилата, расположенный внутри камеры, в момент коммутации дугогасительных контактов молниеносно нагревается. Под действием высокой температуры происходит испарение верхнего слоя полимера, а образовавшийся поток газов интенсивно гасит электрическую дугу.

Условие для испарения вкладыша создают дугогасительные контакты, запуская процесс «продольного дутья». Во включенном состоянии номинальный ток протекает по основным контактам.

Автогазовые ВН активно используются в России и в странах СНГ. Они применяются на подстанциях, устанавливаются в распределительных устройствах электросетей 6 – 10 кВ с изолированной нейтралью. В основном их монтируют там, где экономически не выгодно применять установки другого типа, а использование разъединителей запрещено правилами ПУЭ.

Данный тип выключателей имеет самую низкую стоимость и высокую ремонтопригодность. Эти преимущества способствуют росту популярности газогенерирующих выключателей.

Вакуумный высоковольтный выключатель

Очень эффективное, но дорогое устройство, позволяющее выключать не только номинальные токи нагрузки, но и сверхтоки при КЗ. Контакты вакуумных выключателей находятся в вакуумной камере со сверхнизким давлением (порядка 10-6 — 10-8 Н/м). Отсутствие газа создаёт очень большое сопротивление, что препятствует горению дуги.

При размыкании/замыкании контактов дуга всё-таки возникает (за счёт образования плазмы из паров металла контактов), но она практически мгновенно, гаснет, в момент перехода через ноль. В течение 7 – 10 мк/с пары конденсируются на поверхности контактов и на других деталях камеры.

Существуют разновидности:

• вакуумные выключатели до 35 000 В;
• устройства для напряжений, превышающих 35 кВ;
• вакуумные контакторы для сетей в 1000 В и выше.

Основные достоинства:

• работа выключателя в любом положении;
• коммутационная износостойкость;
• стабильная работа;
• пожарная безопасность.

Из недостатков можно выделить сравнительно высокую стоимость из-за сложности технологии производства камер.

Элегазовые ВН

В коммутационных аппаратах данного типа для гашения дуги используется элегаз. Работает устройство по принципу автогазовых выключателей, но вместо воздуха для гашения дуги применяется шестифтористая сера (SF6) с добавками других газов.

В корпус камеры гашения из герметической ёмкости поступает  элегаз, который не выбрасывается в атмосферу, а используется повторно. Различают колонковые и баковые устройства (см. рис. 5).

Баковый элегазовый ВН

В конструкциях таких выключателей используется встроенные трансформаторы тока. Современные элегазовые ВН могут работать в распределительных устройствах сверхвысокого напряжения, достигающего 1150 кВ.

Обозначение выключателя нагрузки на схеме

Тем, кому приходится иметь дело с однолинейными схемами щитов должны знать, как обозначаются на них выключатели нагрузки.

На некоторых моделях самих устройство может встречаться маркировка – «ВН». Буквенная маркировка на схемах выглядит так — QS. Графическое обозначение выключателя нагрузки на схеме выглядит так:

Маркировка выключателей нагрузки

Каждое электромеханическое устройство имеет свою маркировку, и автоматический выключатель не исключение. Маркировка состоит из букв и цифр, которые обозначают расположение привода, напряжение, ток и другие характеристики.

Например, обозначение выключателя нагрузки 10 кВ ВНРп 10/400-10зп расшифровывается как:

• В – выключатель;
• Н – нагрузка;
• Р – ручной привод;
• П – встроенный предохранитель;
• 10 – напряжение 10 В;
• 400 – ток 400 А;
• 10 – сквозной ток;
• З – наличие заземляющих ножей;
• П – расположение ножей за предохранителем.

Аналогичным образом записываются другие модели.

Классификация выключающих модулей

Изделия, отвечающие за деактивацию нагрузки в электросети, производятся в нескольких разных вариантах. Классификация приборов осуществляется по методу гашения дуги, возникающей при деактивации нагрузки, и по типу дугопогашающей камеры.

Выключатель нагрузки автогазового типа чаще всего монтируется в распределительных устройствах, обслуживающих боксах и на трансформаторных подстанциях. Активирующий привод в модуле бывает ручным и электрическим

Производители, работающие на рынке электрического оборудования, выпускают выключатели нагрузок следующих видов:

• автогазовые – стенки камеры, нагреваясь под воздействием электрической дуги, выделяют специальный газ, который ее и поглощает;
• вакуумные – в вакуумных выключателях используются свойства среды, в которой не распространяется электрическая дуга;
• электромагнитные – электромагнитные реле воздействуют на дугу электромагнитным полем и таким способом меняют ее направление;
• автопневматические – гасят электрическую дугу посредством сжатия воздуха, находящегося в камере, мощным пружинным элементом;
• элегазовые – полость поглотительной камеры элегазовых выключателей наполнена электротехническим газом, состоящим из шестифтористой серы. Этот бесцветный тяжелый элемент в шесть раз тяжелее воздуха и очень быстро гасит возникшую при разъединении контакта электрическую дугу.

Автогазовые устройства сегодня распространены наиболее широко и пользуются максимальным спросом. Однако им буквально «наступают на пятки» вакуумные агрегаты, признанные специалистами самыми перспективными, прогрессивными, эффективными и надежными выключателями напряжения.

В вакуумных выключателях камеры гашения снабжены дополнительной надежной изоляцией. Благодаря этому срок их службы и устойчивость к эксплуатационному износу существенно выше, нежели у автогазовых аналогов

Непосредственное управление приборами осуществляется с помощью ручного привода рычажного типа, оснащенного встроенным электромагнитом, позволяющим осуществлять дистанционное отключение.

Помимо выше описанных параметров выключатели нагрузки отличаются друг от друга по количеству полюсов контактов. Сегодня на рынке предлагаются одно-, двух- и трехполюсные модули, предназначенные для корректного отключения нагрузки в токоподающей системе.

Еще одна важна особенность – это конструкция исполнительного механизма.

Этот узел может бывает:

• электромагнитным;
• тепловым;
• полупроводниковым;
• комбинированным.

Последняя черта касается принципа установки модуля. Он может быть выдвижным, стационарным или неподвижным. Выбор осуществляется в зависимости от расположения электросети и внешних погодных условий в месте размещения.

Технические характеристики устройства

Приборы, осуществляющие выключение нагрузки путем размыкания электрической цепи, обладают различными техническими характеристиками. Все они имеют важное значение и становятся определяющими при выборе подходящего для приобретения агрегата и его последующего монтажа.

Показатель номинального значения напряжения отражает рабочее напряжение электротехнического прибора, на которое он изначально рассчитан производителем.

Максимальное значение рабочего напряжения показывает крайне возможное допустимое высокое напряжение, при котором выключатель способен функционировать в нормальном режиме без ущерба для своей работоспособности. Обычно эта цифра превышает размер номинального напряжения на 5-20%.

Поток электрического тока, при прохождении которого уровень прогрева изоляционного покрытия и частей токопровода не препятствует нормальной работе системы и может быть выдержан всеми элементами в течение неограниченного времени, называется номинальным током. Его значение обязательно учитывается при выборе и покупке выключателя нагрузки.

Величина сквозного тока допустимых пределов демонстрирует, какой объем тока, протекающего по сети в режиме короткого замыкания, сможет выдержать установленный в системе выключатель нагрузок.

Ток электродинамической стойкости отражает величину тока короткого замыкания, которая, воздействуя на прибор в течение нескольких первых периодов, не оказывает на него никакого негативного воздействия и механически его никак не повреждает.

Ток термической стойкости определяет предельный уровень тока, чье нагревающее действие на протяжении определенного отрезка времени не выводит из строя выключатель нагрузки.

Также очень важны техническое выполнение привода и физические параметры приборов, определяющие общий размер и массу устройства. Ориентируясь на них, можно понять, где удобнее будет разместить аппараты, чтобы они корректно работали и четко выполняли поставленные задачи.

Среди безусловных положительных качеств устройств, отвечающих за отключение нагрузки, находятся следующие позиции:

• простота и доступность в изготовлении;
• элементарный способ эксплуатации;
• очень низкая стоимость готового изделия по сравнению с другими видами выключателей;
• возможность комфортной активации/деактивации номинальных токов нагрузок;
• видимый глазу разрыв между контактами, обеспечивающий полную безопасность любых работ на отходящих линиях (монтаж дополнительного разъединителя не требуется);
• недорогая защита от сверхтокового потока посредством предохранителей, как правило, заполненных кварцевым песком (тип ПКТ, ПК, ПТ).

Из минусов выключателей всех типов наиболее часто упоминается способность коммутировать только номинальные мощности, не работая при этом с токами аварийного режима.

Несмотря на дешевизну в стоимости и обслуживании, автогазовые модули признаны устаревшими и при плановом обслуживании или во время реконструкции сетей и подстанций их целенаправленно заменяют на более современные вакуумные элементы

Автогазовым модулям обычно ставят в упрек ограниченный рабочий ресурс, обусловленный постепенным выгоранием внутренних деталей, генерирующих образование газа в дугогасительной камере.

Однако этот момент вполне решаем, причем небольшими средствами, так как элементы газогенерации и парные контакты, предназначенные для дугопоглащения, стоят очень недорого и легко заменяются, причем, не только профессионалами, но и рабочими с невысокой квалификацией.

Принцип действия

Рассмотрим вкратце, как работают выключатели нагрузки на примере вышеупомянутого ВНР-10/400, предоставленного на фото:

Конструктивно данный коммутационный аппарат схож с разъединителем. Главное отличие разъединителя от ВН — наличие у последнего дугогасительного устройства и привода, обеспечивающего более быстрое выполнение операций.

Принцип действия выключателя нагрузки следующий. При включенном положении подвижные контакты находятся в дугогасительной камере. В нижней части дугогасительного устройства расположены дополнительные дугогасящие контакты. При выполнении операции отключения сначала размыкаются основные контакты, а затем дугогасительные. Образовавшаяся в процессе разрыва контактов электрическая дуга попадает в дугогасительную камеру, где нагревает до высокой температуры оргстекло, которое в свою очередь выделяет большое количество газов. Эти газы мощным потоком вырываются из дугогасительной камеры, чем гасят возникшую электрическую дугу за несколько миллисекунд.

Как изображается ВН на однолинейных схемах? Ниже приведено условное обозначение на схеме:

Слева на схеме изображен ВН, справа — коммутационный аппарат, который конструктивно укомплектован плавкими предохранителями (ВНП).

Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип действия выключателя нагрузки. Надеемся, предоставленный материал был для вас полезным и интересным!

Правила подключения

На линиях электропередач устройство устанавливается перед трансформатором. В жилых зданиях выключатель ставят в распределительном щитке или другом месте на каждую квартиру отдельно. В самой квартире переключатели устанавливаются перед счетчиком, но их можно монтировать и после прибора учета. Обязательно ставить выключатель нужно по схеме перед другими защитными устройствами (пробки, автоматы).

На заводах, фабриках и других производственных помещениях рубильник ставится рядом со станками, которые могут потребовать экстренного отключения.

Как подключать выключатель нагрузки

Для квартиры с большим количество бытовой техники один общий автоматический выключатель будет просто бесполезен. Он не выдержит токов, которое будет проходить через него все время и при малейшей перегрузке после частой коммутации его силовые контакты могут быстро выйти из строя. Хотя его можно использовать для защиты отдельных маломощных потребителей.

Принцип подключения выключателя нагрузки приблизительно такой же, как и при монтаже УЗО. Начало работ от входа в дома или квартиру, главное, установить его до счетчика. Но нужно обратить внимание на то, какой вводной автомат вы купили. Существует два типа аппаратов: однофазные (защищено только фазный полюс), двухфазный с нулем (защищено оба полюса нагрузки).

Первые рекомендуется использовать в условиях многоквартирного дома, вторые – для защиты электрических сетей на производстве, или в больших частных домах, где расположено несколько водонагревателей или мощных бутовых приборов (скажем, электрических плит или стиральных машин).

Руководство по установке выключателей:

• запрещается размыкать нулевой и защитный заземляющий проводник;
• запрещается устанавливать какие либо шунтирующие перемычки на выключатель;
• запрещается устанавливать выключатели нагрузки в местах, не предусмотренных ПУЭ.

Монтаж может производиться как на общую din-рейку распределительного щита, так и отдельно, для конкретного потребителя, в своем монтажном корпусе. Помните, обозначение, которое имеется на корпусе выключателя – это величина тока, которую он может через себя пропустить, не следует подключать нагрузку, номинальным током, больше этого значения.

Хотя зачастую завод-изготовитель пишет касаемо этих моментов достаточно развернутую инструкцию к прибору, где описывается его ГОСТ, производство, технические характеристики, и т.д. При покупке обязательно проверяйте паспорт и прайс-лист, иногда из-за ошибки можно купить не тот выключатель, который обозначен на коробке. Если Вы живете в больших городах, то не составит особого труда купить выключатели от производителей в официальных магазинах и у дилеров в Киеве, Москве, Екатеринбурге, Красноярске, Санкт-Петербург.

Что учитывать при выборе?

Планируя приобретение выключателя нагрузок, следует помнить, что аппарат в первую очередь предназначен не для защиты электроприборов, а для предохранения проводки от перегрева, прогорания и перенапряжения.

Чтобы покупка оказалась правильной, а устройство справилось с поставленными задачами, предварительно обязательно выясняют сечение входящего в квартирный или домовый щиток кабеля и уровень тока, на который он рассчитан.

Модули вакуумного типа завоевывают все большую популярность. Они имеют небольшие внешние габариты и за счет этого становятся удобны для встраивания в различные типы распределительных коробок

Когда эта информация получена, ее сопоставляют с заводскими характеристиками выключателя нагрузок. Показатель тока срабатывания у аппарата должен быть немного меньшим, нежели предельно допустимый ток для провода.

Вакуумные выключатели нагрузки – это прогрессивный вид сопутствующих электрических деталей. Он существенно повышает уровень базовой безопасности системы, не создает продуктов горения и не выбрасывает их в атмосферу

Если пропускная способность кабеля гораздо выше, чем ток потребления нагрузки, рассматривают покупку автоматического модуля под нагрузку.

Чтобы определить нужные параметры устройства, сначала суммируют мощность всех, имеющихся в жилом помещении электрических приборов. К полученной сумме добавляют от 5 до 15% на запас и по формуле закона Ома определяют общий суммарный ток потребления. Затем покупают автомат, имеющий ток срабатывания чуть больший, чем рассчитанный.

Как выбрать и где купить выключатель нагрузки

Выбор параметров выключателей полностью зависит от условий его эксплуатации и величины коммутируемой электрической нагрузки. Главные факторы, влияющие на выбор коммутационного устройства подобного типа – это:

• номинальный и максимальный ток в нормальном режиме работы;
• ток короткого замыкания;
• необходимость защиты от короткого замыкания;
• необходимость наличия заземляющих ножей;
• возможность дистанционного управления;
• категория размещения и климатические условия эксплуатации.

Холдинг «ЭЗОИС-ЭлектроЩит» осуществляет продажи выключателей нагрузки в широком ассортименте изделий различного типа и нагрузки. Мы предлагаем купить выключатель нагрузки в соответствии с требуемой конфигурацией электрической сети. Квалифицированные менеджеры компании помогут правильно подобрать коммутационное устройство с учетом всех особенностей монтажа и эксплуатации. Вся продукция компании имеет сертификаты соответствия качества международного и отечественного образца. Для всех наших клиентов доступны услуги сервисного обслуживания выключателей профессиональными специалистами. гарантирует длительную и безаварийную работу выключателей при выполнении своевременного технического обслуживания и требований инструкции по эксплуатации.