W obwodach rozdzielczych wyłączniki są zazwyczaj najważniejszymi urządzeniami łączeniowymi i zabezpieczającymi. Aby mogły sprostać przypisywanym im funkcjom, powinny być odpowiednio dobrane do parametrów sieci i obciążeń oraz muszą mieć prawidłowo nastawioną charakterystykę przeciążeniowo-zwarciową. Zadania właściwe dla tego typu aparatów z powodzeniem realizują wyłączniki mocy, nazywane również wyłącznikami kompaktowymi.

Wyłączniki kompaktowe charakteryzują się zwartą, kompaktową budową, zazwyczaj modułową, zamkniętą w obudowie izolacyjnej o niewielkich wymiarach, oraz bogatym wyposażeniem. Aparaty te posiadają bardzo dobre właściwości łączeniowe i cechują się skutecznym gaszeniem łuku elektrycznego w trakcie przerywania zwartego obwodu. Zadaniem wyłączników nadprądowych mocy (wyłączników kompaktowych) jest przede wszystkim:
• wyłączanie przeciążeń według nastawionej charakterystyki t-I,
• wyłączanie zwarć w jak najkrótszym czasie według nastawionej charakterystyki magnetycznej,
• ograniczenie amplitudy spodziewanego prądu zwarciowego Im,
• ograniczenie energii prądu zwarcia (tzw. cieplnej całki Joule’a (i²t).
W stanie załączonym na wyłączniki nie działają siły zewnętrzne, dzięki tzw. zamkowi. Zwolnienie mechanizmu zamka powoduje szybkie rozwarcie zestyków pod wpływem sprężyny zwrotnej, która była napięta w czasie zamykania wyłącznika. Przy doborze urządzeń zabezpieczających trzeba zwrócić uwagę na szybkość przerwania obwodu zwarciowego, tak żeby nie powstało niebezpieczeństwo uszkodzeń cieplnych i mechanicznych w przewodach i urządzeniach. Podstawowymi zaletami wyłączników kompaktowych jest zdolność jednoczesnego rozłączania wszystkich biegunów, zdolności diagnostyczne odnośnie przyczyn wyzwolenia awaryjnego oraz możliwości zdalnego ponownego załączenia po ustaleniu i usunięciu przyczyny wyłączenia.

Wyłącznik z serii Compact NSX (100-630 A) firmy Schneider Electric

Ogólna charakterystyka

Rodziny wyłączników różnych wytwórców produkowane są w wersjach trój- i czterobiegunowych, w sześciu podstawowych wielkościach, i pokrywają zakres prądowy od 16 do 2500 A przy napięciach znamionowych do 690 V prądu przemiennego i 600 V prądu stałego. Wyłączniki mają zwartą, kompaktową budowę i są wyposażane w różne podzespoły zabezpieczeniowe, zestawy przyłączy kablowych lub szynowych, napędy, łączniki sygnalizacyjne i pomocnicze, osłony, przegrody i wyzwalacze. Zestyki główne aparatów są wykonywane jako jedno- lub dwuprzerwowe, co zwiększa szybkość łączenia i zmniejsza ilość wydzielanego ciepła. Umożliwia to szerokie zastosowanie wyłączników kompaktowych w rozdzielniach oraz wszędzie tam, gdzie wydzielane ciepło jest parametrem decydującym. W zależności od wykonania wyłączniki kompaktowe charakteryzują się wytrzymałością zwarciową nawet do 150 kA.
Nowoczesne konstrukcje wyłączników mocy (kompaktowych) wyposażone są w zespolone wyzwalacze prądowe (termomagnetyczne) lub elektroniczne. Wyzwalacze te mają najczęściej regulowane nastawy prądów przeciążeniowych i zwarciowych oraz czasów zadziałania, pozwalające na dowolne kształtowanie charakterystyki pracy. Odpowiednie ustawienie charakterystyki prądowo-czasowej pozwala na uzyskanie pełnej selektywności w całym zakresie pracy aparatu. Wyzwalacze termicznomagnetyczne mogą mieć dwa wykonania: do zabezpieczania urządzeń oraz kabli i przewodów lub do zabezpieczania silników. Wyzwalacz nadprądowy termicznomagnetyczny jest zazwyczaj podstawowym elementem zabezpieczającym w wyłącznikach o prądzie znamionowym do 630 A. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość stosowania tych wyłączników w obwodach prądu stałego i w obwodach prądu przemiennego o częstotliwościach dochodzących do 400 Hz.

Wyłączniki kompaktowe LZM firmy Eaton Moeller dedykowane do zastosowań w budownictwie

W wyłącznikach kompaktowych spotyka się następujące kombinacje rodzajów wyzwalaczy stanowiących wyposażenie standardowe:
• nienastawialny wyzwalacz zwarciowy i nienastawialny wyzwalacz termiczny,
• nienastawialny wyzwalacz zwarciowy i nastawialny wyzwalacz termiczny,
• nastawialny wyzwalacz zwarciowy i nastawialny wyzwalacz termiczny.

Zastosowanie
Wyłączniki kompaktowe znajdują zastosowanie w niskonapięciowych instalacjach przemysłowych i w budynkach użyteczności publicznej, w których prądy robocze osiągają natężenie do 2500 A i wyższe. Są używane w rozdzielnicach prądu przemiennego i stałego jako wyłączniki główne lub awaryjne w polach zasilających i odpływowych, do zabezpieczenia i sterowania silników elektrycznych, generatorów, kondensatorów energetycznych, do zabezpieczania przewodów i szyn zbiorczych w rozdzielniach.

Wyłączniki kompaktowe serii Susol firmy LS

Rodzaje zabudowy

Wyłączniki kompaktowe produkowane są w wersjach stałej, wtykowej oraz wysuwnej.
Wersja stała jest podstawowym sposobem montażu aparatury łączeniowej. W wersji wtykowej wyłącznik jest montowany w podstawie (nie ma mechanizmu wysuwu – korby). W wariancie wysuwnym aparat posiada mechanizm korbowy, który umożliwia szybką wymianę wyłącznika w przypadku uszkodzenia i uzyskanie widocznej przerwy w czasie prac remontowych. Wyłącznik wysuwa się przy użyciu korby. Korba pozwala na wysunięcie wyłącznika z pozycji „wsunięty” do pozycji „test” lub „przerwa izolacyjna”. W pozycji „test” zestyki główne wyłącznika są rozwarte i można bezpiecznie przeprowadzić sprawdzanie automatyki wyłącznika, bowiem zestyki pomocnicze pracują normalnie. Zestyki pomocnicze załączają się samoczynnie po załączeniu wyłącznika. Do wszystkich rodzajów zabudowy są oferowane te same wyłączniki. Wariant zabudowy jest realizowany przez odpowiedni pakiet montażowy podstawy wyłącznika.

Wyłącznik kompaktowy EB2 firmy ETI Polam dostępne w zakresie od 20 do 630 A

Wyzwalacze elektroniczne

Wyzwalacze elektroniczne, zazwyczaj wyposażone w moduł komunikacyjny, mogą realizować znacznie szerszy zakres zabezpieczeń i regulacji niż wyzwalacze termomagnetyczne. Należą do nich regulacje:
• prądu roboczego,
• prądu zwarciowego bezzwłocznego,
• prądu zwarciowego zwłocznego,
• zwłoki czasowej przy przeciążeniu,
• zwłoki przy zwarciu,
• członu ziemnozwarciowego.
Powyższe możliwości regulacji umożliwiają zastosowanie wyłączników do zabezpieczeń:
• urządzeń, kabli i przewodów,
• silników elektrycznych,
• generatorów,
• kondensatorów elektroenergetycznych,
• selektywnych.
Wyzwalacze elektroniczne mogą posiadać funkcję reagowania na asymetrię zasilania i wbudowaną pamięć termiczną, co zapewnia skuteczną ochronę silników. Precyzyjna nastawa prądu roboczego wyzwalacza regulowanego eliminuje jego przedwczesne zadziałanie. Umożliwiają również zabezpieczenie silników o różnych klasach rozruchu i zmiennym obciążeniu. Współpracę selektywną w obwodach z bezpiecznikami topikowymi umożliwia nastawialna wartość całki Joule’a – i²t. Do nastaw prądowych i czasowych wyłącznika służą pokrętła umieszczone na ściance czołowej wyzwalaczy.

Wyłącznik kompaktowy z serii Hi firmy Hyundai

Komunikacja
Wyzwalacze elektroniczne mają zazwyczaj bardzo szerokie możliwości komunikacyjne. Przeważnie oferują dwa porty komunikacyjne: do modułu DMI (Data Management Interface) i do komputera PC. Moduł DMI realizuje komunikację między wyłącznikiem i użytkownikiem przez wyświetlanie prądów mierzonych przez wyłącznik oraz przyczyn wyzwolenia wyłącznika i parametrów sieci. Dzięki tej funkcji zbędne jest instalowanie amperomierzy. Przez rozszerzenie modułu DMI o moduł komunikacji z magistralą profibus użytkownik uzyskuje możliwość ciągłego monitorowania i programowania wyłącznika za pomocą komputera PC. Niewykorzystane wejścia i wyjścia mogą być użyte m.in. do sterowania wyzwalaczy wzrostowych, zanikowych lub zdalnych napędów.
Sygnalizacja optyczna
Niekiedy wyzwalacze elektroniczne wyposażane są w sygnalizację optyczną realizowaną za pomocą kolorowych diod sygnalizujących stan normalnej pracy i stan alarmowy.

Zaciski przyłączeniowe

Do zalet wyłączników kompaktowych należą możliwości przyłączeniowe. Do wyboru są różne rodzaje zacisków:
• ramowe,
• szynowe,
• śrubowe do końcówek kablowych,
• tunelowe,
• sworznie przyłączeniowe tylne.
W wyłącznikach o prądzie znamionowym do 160 A podstawowymi zaciskami są zazwyczaj zaciski ramowe. Przy większych prądach standardowo stosowane są zaciski szynowe. Zaciski śrubowe umożliwiają przyłączanie kabli. Wszystkie wyłączniki na większe prądy znamionowe mogą być wyposażane w przyłącza sworzniowe tylne do przyłączania końcówek kablowych, szyn miedzianych lub aluminiowych oraz przewodów elastycznych. We wszystkich wyłącznikach zaciski przyłączeniowe chronione są osłonami izolacyjnymi przed dotykiem bezpośrednim.

Rodzina wyłaczników kompaktowych Tmax XT firmy ABB

Napędy

Wyłączniki kompaktowe są standardowo wyposażone w ręczne mechanizmy przełączające. Standardowy układ pionowy może być przebudowany w napęd obrotowy bezpośredni lub ze sprzęgiem drzwiowym. Do zdalnej obsługi są montowane napędy silnikowe zasobnikowe z możliwością synchronizacji. W tego typu napędach energia mechaniczna potrzebna do załączenia lub odłączenia magazynowana jest w sprężynie. W razie zaniku napięcia pomocniczego sprężyna może być naprężana automatycznie lub ręcznie. Dzięki energii zmagazynowanej w sprężynie napęd umożliwia szybkie załączanie. Pozwala to na załączanie sieci zasilającej i na synchroniczne łączenie generatorów. Szeroki zakres napięć pomocniczych prądu stałego i przemiennego pozwala na korzystanie zarówno z napięć sieciowych, jak i z akumulatorów. Wszystkie napędy mogą być blokowane kłódkami przed dostępem osób nieupoważnionych w pozycji „załączone” lub „odłączone”.

Wyłącznik kompaktowy serii h3 firmy Hager

Wyposażenie dodatkowe – akcesoria

Wyposażenie standardowe i opcjonalne wyłączników kompaktowych może być rozszerzane wyposażeniem dodatkowym, nazywanym akcesoriami. Są to m.in.:
• zestyki pomocnicze – do zastosowań wymagających identyfikacji stanu wyłącznika (załączony/rozłączny). W każdym bloku zestyków umieszczone są dwa zestyki przemienne – jeden normalnie otwarty i jeden normalnie otwarty;
• zestyki alarmowe – służą do niezwłocznego wskazania zadziałania wyłącznika z powodu przeciążenia, zwarcia, zadziałania przekaźnika wzrostowego lub podnapięciowego. Są one szczególnie użyteczne w układach automatyki, w których zadziałanie wyłącznika w sieci dystrybucyjnej musi być sygnalizowane. Zestyki alarmowe nie funkcjonują, gdy wyłącznik jest sterowany manualnie;
• zestyki zadziałania – funkcjonują w chwili, gdy zadziała wyłącznik wyposażony w wyzwalacz elektroniczny;
• wyzwalacz podnapięciowy – samoczynnie wyzwala wyłącznik, gdy wartość napięcia zasilającego wynosi określoną procentową wartość napięcia znamionowego. Po wyłączeniu nie jest możliwe załączenie wyłącznika do czasu powrotu napięcia znamionowego zasilania. Załączenie pod napięcie wyzwalacza podnapięciowego musi poprzedzać zasilenie zestyków głównych wyłącznika. Wyzwalacz podnapięciowy może być zazwyczaj zasilany napięciem prądu przemiennego lub stałego. Może być stosowany w obwodach awaryjnego wyłączania bezpieczeństwa. Wyzwalacz podnapięciowy ma określone:
– zakres napięcia wyłączenia w procentach napięcia znamionowego,
– napięcie ponownego załączenia w procentach napięcia znamionowego,
– częstotliwość przy prądzie przemiennym;
• wyzwalacz wzrostowy napięciowy – służy do zdalnego wyłączania wyłącznika za pomocą impulsu napięciowego;
• termiczne przekaźniki przeciążeniowe;
• moduły czasowe;
• wskaźniki zadziałania wyłącznika.
Wszystkie wymienione elementy instaluje się wewnątrz obudowy wyłącznika. Ponadto oferowane jest wyposażenie dodatkowe zewnętrzne, do którego należą:
• napęd silnikowy służący do zdalnego sterowania dźwignią wyłącznika,
• napędy ręczne obrotowe – bezpośredni, pośredni oraz z przedłużoną osią umożliwiającą zainstalowanie wyłączników w rozdzielniach o różnych konstrukcjach i głębokościach.
Wyłączniki kompaktowe mogą być wyposażane w mechanizm wyłączający umożliwiający określenie sposobu ich wyłączenia. W przypadku ręcznego przestawienia dźwigni w celu wyłączenia, dźwignia ustawia się w położeniu „wyłączone” (Off). W razie wyłączenia wyłącznika w wyniku zadziałania któregoś z wyzwalaczy, dźwignia ustawia się w położeniu pośrednim (Trip). Aby wyłącznik ponownie załączyć, trzeba przesunąć dźwignię w dolne położenie Reset, po czym przesunąć ją w położenie górne „załączony” (On).
Wyłączniki kompaktowe z mikroprocesorowym sterowanie i z możliwością precyzyjnej regulacji charakterystyki t-I zazwyczaj mogą być wyposażone w blok różnicowoprądowy oraz dodatkowy zestyk alarmowy do ostrzegania o przeciążeniu obwodu.

Michał Świerżewski
Opracowano na podstawie
materiałów firmowych