Миниатюрни автоматични прекъсвачи

По дефиниция прекъсвачите са електрически превключватели с автоматичен режим на работа, предназначени да защитават електрическите вериги от повреди, причинени от претоварвания и къси съединения. Освен че предпазват кабела, проводниците и крайните потребители, прекъсвачите изпълняват и регулиращи тока функции. За разлика от стопяемите предпазители, които сработват еднократно, след което се налага да бъдат заменени с нови, прекъсвачите поддържат цикличен режим на работа.

След като сработят, ръчно или автоматично, се връщат в изходно положение, с което се подновява нормалната им работа. Предлагат се в широк диапазон от типоразмери - от малки устройства (0,1 А), предназначени за защита на отделни електрически уреди, до мощна комутационна апаратура с индустриално приложение. Друг основен признак за класификация на прекъсвачите е работното им напрежение. На основата на този признак се разделят на три категории - за ниско, средно и високо напрежение. Комутационната апаратура, предназначена да защитава електрическите вериги ниско напрежение (до 1000 V) от повреди и къси съединения, е позната с наименованието автоматичен прекъсвач. Защитната комутационна апаратура в мрежи за средно и високо напрежение се нарича само прекъсвач. Освен за различни токове и напрежения, автоматичните прекъсвачи биват еднополюсни и многополюсни. Многополюсните прекъсвачи се използват за едновременно разединяване на фазите в една електрическа верига. Обект на статията са автоматичните прекъсвачи за ниско напрежение, които се използват за захранване на нисковолтови маломощни електродвигатели (0,4 кV) и други електрически прибори.

Класификация на миниатюрните автоматични прекъсвачи (МАП)
Съществува формално разделение на видовете миниатюрни автоматични прекъсвачи:
- миниатюрни автоматични прекъсвачи (Miniature Circuit Breaker), комутиращи токове до 100 ё 125 А. Прекъсвачите от тази група обикновено не предлагат регулиране.
- миниатюрни автоматични прекъсвачи в лят корпус (Moulded Case Circuit Breaker). Широко използвана група в голяма част от нисковолтовите мрежи с номинален ток 1000 ч 1600 А. Имат възможност за регулиране на комутационната характеристика.
- миниатюрни автоматични прекъсвачи в изолиран корпус (Insulated Case Circuit Breaker). Използват се за нисковолтови мрежи с повишено значение на напрежението и тока.

В зависимост от времето на сработване (tc) прекъсвачите се разделят на нормални (tc = 0,02 ё 0,1 s), селективни (tc се регулира до 1 s) и бързодействащи, притежаващи токоограничаващ ефект (tc не повече от 0,05 s). Спрямо вида на комутируемия ток, МАП биват за постоянен ток; за променлив ток; за постоянен и променлив ток. Номиналните токове на главната верига за комутация се определят при работа в среда с околна температура 40 °С. Избират се от реда: 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1200; 1500 А.

Според числото на полюсите в главната комутируема верига, биват еднополюсни, двуполюсни, триполюсни и четириполюсни. Видът на силовата верига за разкъсване на тока разделя прекъсвачите в три групи - с разкъсване на максималния ток; с независимо разкъсване и с минимално или нулево разкъсване на напрежението. В зависимост от времезадръжката при разкъсване на максимален ток биват: без задръжка по време; със задръжка по време, независимо от тока; със задръжка по време, обратно зависимо от тока; със съчетани характеристики. Също така прекъсвачите могат да бъдат със задно, предно или комбинирано присъединяване.

Принципи на действие
Автоматичните прекъсвачи оперират на базата на два основни принципа - електромагнитен и термичен. При първия в конструкцията на прекъсвача е вградена индукционна бобина (електромагнит). Вследствие нарастването на тока във веригата се индуцира магнитна сила, при увеличаването на която се създават предпоставки за прекъсване на веригата. По принцип автоматичните прекъсвачи са нормално затворени, т. е. когато големината на тока във веригата е близка до номиналната, контактите им са в затворено състояние. С увеличаването на тока във веригата, индуцираната магнитна сила също се повишава. В процеса на увеличаване на магнитната сила се достига до момент, в който големината й е достатъчна да преодолее съпротивлението на механизма, чрез който контактите на автоматичния прекъсвач се държат затворени. С отварянето на контактите на автоматичния прекъсвач веригата се прекъсва. Схема на автоматичен прекъсвач с електромагнитен принцип на действие е показана на фиг. 1. Изобразеният изпълнителен механизъм Р се състои от електромагнит 1, чиято намотка 2 се свързва последователно в защитаваната верига без токови трансформатори. Положението на котвата 3 се фиксира от пружината 4 в показаната на схемата посока. Когато през намотката 2 премине ток, по-голям от тока на заработване на релето, котвата 3 се привлича от електромагнита, лостът 5 се задвижва и освобождава зъбеца 6 на прекъсвача П. Посредством пружината 7 прекъсвачът изключва. Токът на заработване може да се регулира в известни граници чрез натягане на пружината F4.

Термичният принцип на работа на автоматичните прекъсвачи включва използването на биметална пластина. Същността му се базира на повишаването на температурата в биметалната пластина в резултат от увеличаването на големината на тока в електрическата верига. Вследствие от повишаването на температурата й биметалната пластина се деформира и изключва веригата. Преимуществено се използват автоматични прекъсвачи, в които са вградени и двете описани техники за разединяване на електрическите вериги. Използването на подобни автоматични прекъсвачи с комбинирано действие разкрива значителни възможности за оптималния им избор съобразно изискванията на приложението. Счита се, че автоматичните прекъсвачи, конструирани на базата на индукционна бобина, са по-подходящи при кратковременни, но много големи пикове на тока във веригата, т. е. в случай на възникване на къси съединения. За разлика от тях, автоматичните прекъсвачи с биметална пластина се характеризират с по-добра реакция на по-малки като големина, но отличаващи се с по-голяма продължителност свръхтокове във веригата, т. е. в условия на претоварване.

Избор на автоматични прекъсвачи
При избора на миниатюрен автоматичен прекъсвач за конкретно приложение трябва да се вземат под внимание следните параметри:
- номиналната стойност на тока Iном, протичащ в електрическата верига - определя се от разчета за натоварване на веригата;
- номиналната стойност на напрежението, при което ще работи прекъсвачът;
- максимална изключваща възможност на прекъсвача Icu  (A)
- работна изключваща възможност Ics - колкото по-висока е стойността на Ics, толкова по дълго време ще работи избраният прекъсвач;
Сред важните характеристики е и категорията на автоматичния прекъсвач, която се илюстрира с т. нар. крива на изключване:
- крива А - прекъсвачът изключва при достигане на ток 2 ё 3 Iном. Такива МАП се използват за защита на електрически мрежи с голяма дължина;
- крива В - тези прекъсвачи са разчетени да изключват при достигане на ток 3 ё 5 Iном. Използват се за защита в жилищни сгради с малки токове на къси съединения;
- крива С - прекъсвачът се задейства при ток 5 ё 10 Iном. Използва се за защита на захранващи кабели;
- крива D - прекъсвачът се задейства при ток 10 ё 20 Iном. Използва се за защита на промишлени консуматори с голям пусков ток (електродвигатели).
Взема се под внимание и токът на термична устойчивост - Icw  (A). По отношение на автоматичните прекъсвачи от категория В е важно да се обърне внимание на периода, за който е зададен токът на термична устойчивост;
Освен тези характеристики, от търговската спецификацията на всеки автоматичен прекъсвач може да се получи допълнителна информация и за номиналното работно напрежение; изключвателна възможност; работна изключваща възможност; изолационно напрежение; електрическа и механическа износоустойчивост (брой цикли); клас на токоограничение; степен на защита IР; крива на изключване; вид присъединителна клема; диелектрична якост на корпуса; устойчивост на нагряване и пожар на външните части; допустими работни параметри и други. Като правило големите производители на миниатюрни автоматични прекъсвачи винаги ги допълват с различни аксесоари и спомагателни устройства, като например допълнителни контакти, минимално напреженови изключватели, дистанционен стоп, моторни приводи и др. Тези устройства позволяват да се осъществи дистанционно изключване и сигнализация за състоянието на МАП.

Прекъсвачи с ротоактивно изключване
Освен традиционно използваните конструкции автоматични прекъсвачи, чиито принцип на работа вече бе описан, през последните години се наложи и друга техника на прекъсване на електрическата верига, позната като ротоактивно изключване или ротационна контактна система. За разлика от класическите конструкции автоматични прекъсвачи, в които електрическата верига се прекъсва на едно място, при ротоактивните веригата се прекъсва на две места. Принципът им на работа се базира на възникването на електродинамична сила на отблъскване между неподвижните и подвижния контакт. В резултат на това подвижният контакт се завърта, разкъсвайки електрическата верига на две места. Предимството на ротоактивните прекъсвачи е тяхното бързодействие - т. е. времето за завъртане на подвижния контакт, разкъсвайки веригата, е от порядъка на милисекунди. В местата на прекъсване на веригите се запалват две дъги. Това води до многократно увеличение на общото съпротивление във веригата на тока на к. с. Като резултат се получава голямо понижение на големината на тока на к. с. Използваният принцип ограничава този ток да достигне ударни стойности и следователно запазва проводниците и консуматорите в електрическите инсталации. Миниатюрните автоматични прекъсвачи, работещи на принципа на ротоактивното изключване, се характеризират със силно токоограничаващо действие и с добри възможности за селективност.