Двухполюсный выключатель: устройство и принцип действия автомата, схемы с нужным автоматическим аппаратом

Обновлено: 28.04.2024

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.

Рисунок 1. Автоматический выключатель старого образца

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).

Рисунок 2. Устройство современного автомата

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.

Рисунок 3. Крепление автоматов

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.

Рис. 4. Пример схемы включения автоматических выключателей

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.

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.

Автоматический двухполюсный выключатель для защиты электрической сети конструктивно включает в себя 2 однополюсных автомата с общим рычагом включения и внутренней системой блокировки. В этом материале мы подробно поговорим о том, что такое двухполюсный автомат, каковы особенности его работы и установки, а также разберемся, в чем заключается основное отличие двухполюсников от однополюсных защитных устройств.

Особенности работы однополюсного и двухполюсного АВ

Суть работы каждого из этих типов, в общем-то, можно понять из названия. Однополюсный автомат предназначен для отключения одной линии. Двухполюсник отличается от него тем, что контролирует рабочий процесс одновременно в двух линиях и сравнивает параметры потока электронов, определяя, соответствует ли он тому значению, которое допустимо для правильной работы сети. При превышении этих показателей аппарат срабатывает, отключая питание обеих линий одновременно.

У некоторых читателей может возникнуть вопрос: возможна ли замена двухполюсного автомата парой однополюсных выключателей? Делать этого нельзя ни в коем случае. Ведь в устройстве с двумя полюсами его элементы соединены не только общим рычажком, но и блокировочным механизмом.

Это значит, что при возникновении неполадок они отключатся одновременно, а в паре независимых друг от друга однополюсных АВ сработает только один автомат. Электрический ток в этом случае по-прежнему будет подаваться в неисправную цепь через включенный прибор, что может стать причиной возгорания проводки. Наглядно про попытки объединения на следующем видео:

Разница между этими двумя типами защитного выключателя кроется в устройстве расцепителя. Двухполюсный автомат должен обладать расцепляющим элементом, конфигурация которого позволяет одновременно выключать обе части устройства, как при автоматическом срабатывании, так и при ручном воздействии.

Если электрическая цепь в квартире - одноконтурная, то устанавливать в ней двухполюсный автомат незачем, поскольку нет необходимости в одновременной защите различных сегментов помещения. Но в случае, когда в одной из комнат установлено сложное оборудование, которое по своим параметрам не может быть включено в одну общую цепь, без многополюсника не обойтись.

Для наглядности рассмотрим такой пример. Допустим, в домашней сети имеется две линии, в одну из которых включен сложный прибор, и к нему поступает питание через выпрямитель.

Если произойдет нарушение в одной из линий, то в результате ее отключения подача питания на один контур станет причиной скачка напряжения, а значит, и возрастания других параметров. Если своевременно не сработает АВ второй линии, результатом станет выход прибора из строя, а возможно, и возгорание кабеля. Именно поэтому такая сеть должна быть защищена устройством на 2 полюса.

Что будет в обратной ситуации, когда пытаются разъединить многополюсный автомат, на видео:

Возможности и назначение многополюсных аппаратов

Установка двухполюсного АВ позволяет обеспечить контроль:

Двух независимых друг от друга цепей с их одновременным отключением при возникновении неполадок.
Параметров каждой из независимых линий (хотя при появлении проблем в одной из них обесточиваются обе одновременно).
Линии постоянного тока, имеющей аналогичные параметры отключения.

Исходя из этого, вводной автомат должен быть как минимум двухполюсным, поскольку он позволит отключить питание во всем доме, если по какой-либо причине АВ неисправного участка сети не сработал. Как и любой пакетник, он позволяет также обесточить квартиру вручную.

Рассмотрим такую ситуацию. В одной из линий домашней электропроводки произошло КЗ, на которое АВ проблемного участка не успел отреагировать и сгорел, превратившись из выключателя в проводник электротока. Если даже общая сеть защищена устройством защитного отключения, это в большинстве случаев не решит проблему, поскольку УЗО выключает питание в случае пробоя кабеля, чтобы не допустить поражения людей током. Поэтому оно тоже выйдет из строя, и в цепи, которую защищает вводной двухполюсный автомат, возникнет дисбаланс.

Наглядно про многополюсные автоматы на видео:

При превышении разницы напряжений на входе и выходе более чем на 30% (а при коротком замыкании в одной из веток это произойдет очень быстро), сработает автомат ввода, отключив и фазный и нулевой кабель. При этом электрическая сеть будет обесточена целиком, и не будет утечки тока даже на кабель заземления. Таким образом, опасность выхода приборов из строя и возгорания линии будет ликвидирована. Устранив неисправность, можно будет вновь вручную включить автомат.

Минусы двухполюсных автоматических выключателей

Любое устройство имеет слабые стороны, и многополюсные устройства защиты сети - не исключение. Хотя отрицательных свойств у двухполюсников мало, все же перечислим их:

При одновременном замыкании двух линий происходит пробой кабеля электрическим током.

Тепловой расцепитель изредка выходит из строя, в результате чего отключается питание сети, даже когда она находится в нормальном состоянии.
В результате аварии может произойти поломка АВ по одной из линий, из-за чего включить питание будет невозможно даже после устранения неполадок.
Многополюсные устройства обладают более высокой чувствительностью к механическим повреждениям в сравнении с одинарными выключателями.

Несмотря на перечисленные недостатки, защитные устройства, обеспечивающие контроль над двумя линиями, распространены и пользуются большой популярностью. Именно они позволяют обезопасить общую сеть при возникновении неполадок в линии, к которой подключены мощные бытовые приборы.

Меры безопасности при установке двухполюсных автоматов

Правила техники электробезопасности при монтаже защитных устройств на два полюса в целом не отличаются от общих мер при установке других электрических аппаратов. Они таковы:

Монтаж должен производиться двумя людьми, чтобы в случае поражения током одного из мастеров второй смог своевременно оказать пострадавшему помощь.

Для защиты от поражения электротоком необходимо пользоваться диэлектрическими ковриками и защитными перчатками.
Перед тем, как начинать любую работу с электросетями, необходимо получить специальное разрешение.

В этой статье мы рассказали о двухполюсных автоматических выключателях, особенностях их работы и преимуществах, а также немногочисленных минусах, свойственных им. Подводя итоги, следует отметить, что многополюсные автоматы обеспечивают надежную защиту электрических сетей с двумя контурами, особенно когда к ним подключены приборы, значительно отличающиеся по мощности.

Двухполюсный выключатель предназначен для контроля и сравнения работы двух участков одной электрической сети. В случае короткого замыкания, как и других неисправностей на любом участке, происходит автоматическое отключение обеих линий. Его работу можно сравнивать с действием двух однополюсных автоматов. Но дело в том, что схема защиты и блокировки автомата рассчитана на сравнение параметров каждого устройства в отдельности, поэтому заменять их однополюсными выключателями нельзя.

Устройство аппарата

Обычный автомат защищает и может отключить только одну линию. Его конструкция и построена на этом условии. Агрегат, обслуживающий две линии, обладает дополнительными элементами, которые позволяют отключить ноль и фазу одновременно в двух цепях. Вот для чего и нужен двухполюсный автомат.

Обычно его устанавливают в однофазную сеть 220 В, а для защиты электрических линий с трехфазным напряжением применяют автоматы трехполюсные и четырехполюсные. Важными элементами защиты в 2-полюсном автомате являются:

электромагнитный механизм;
тепловой расцепитель.

Электромагнитный механизм защиты

Элементы конструкции этой защиты срабатывают в момент появления короткого замыкания в одной из линий. В то же время в цепи возникают токи большой величины, которые могут превышать допустимое значение в несколько тысяч раз.

Чтобы не сгорели кабеля и бытовая аппаратура, механизм защиты срабатывает в доли секунды и разрывает подающую сеть. Обычно на каждом приборе установлено обозначение времени срабатывания.

Маркировка наносится на корпус автомата в виде букв латинского алфавита, каждая из которых соответствует определенному времени срабатывания. Конструкция механизма состоит из сердечника (соленоида), который связан с подвижным контактом.

Соленоид располагается внутри пружины, которая последовательно соединяет тепловой расцепитель с силовыми контактами. Величина рабочего тока слишком мала, чтобы магнитный поток смог втянуть сердечник.

Когда же сила тока резко увеличивается, то катушка втягивает соленоид, сжимая пружину, и он разъединяет контакты. В нормальном состоянии пружина разжимается, и контакты опять соединяются.

Тепловой расцепитель

Отличительной чертой этого защитного механизма является то, что он срабатывает гораздо медленнее, чем электромагнитный. Он некоторое время способен выдерживать максимальную нагрузку, и если она не упадет до рабочего значения, то отключит контакты. Кстати, этот механизм никак не реагирует на кратковременное изменение силы тока.

В конструкцию расцепителя входят:

биметаллическая пластина;
рычаг расцепительного механизма;
контакты.

При нормальном значении силы тока свободная часть пластины находится рядом с рычагом, отключающего механизм. При увеличении нагрузки пластина начнет нагреваться и изгибаться. При этом она начинает воздействовать на рычаг, а тот, в свою очередь, действует на контакты и размыкает их.

Схемы подключения

Схема и установка аппарата напрямую зависит от наличия заземляющего контура. Если в дом входят только два провода (ноль и фаза) напряжением 220 В, то в главный щит можно ставить однополюсные автоматические выключатели. При этом фазу подключают к самому автомату.

Если же присутствует и третий входящий провод (заземление), то обязательно ставят двухполюсный аппарат. К выключателю непосредственно подключают ноль и фазу, а провод заземления через коробку с клеммами разводят по квартирам. Затем оба провода от автомата подключают к электросчетчику и однополюсным автоматам, которые распределены по группам управления.

В случае обустройства трехфазной сети, если заземление отсутствует, устанавливают трехполюсный выключатель. При этом к защитному аппарату подключают провода трех фаз, а ноль разводят до потребителей отдельным контуром.

Если присутствует в схеме заземляющий провод, то на вводе устанавливают четырехполюсный аппарат, к которому подсоединяют три фазы и ноль, а заземление разводят отдельной линией по приборам.

Достоинства и недостатки автоматов

У этих выключателей существуют некоторые недостатки в эксплуатации. Хотя их немного, но на них следует обратить внимание. При коротком замыкании обеих линий возможен пробой и выход из строя двухполюсного автомата.

При неисправности одной из цепей аппарат иногда может не включиться. Возможен выход из строя теплового расцепителя, хотя вся электрическая сеть будет исправно работать. В отличие от однополюсных, двухполюсные автоматы чаще подвергаются механическим повреждениям.

Но все же несмотря на наличие этих минусов, автоматы пользуются популярностью, особенно в квартирах, где установлены на одной линии мощные бытовые приборы. Например, они обеспечивают безопасную работу в одной цепи стиральной машины и посудомоечного агрегата.

Если установить трехполюсный выключатель, то допускается подключение на одну линию духового шкафа. Лучше всего перед их установкой распределить подключение сложных приборов равномерно. Такой вариант обеспечит длительную и безопасную работу двухполюсных выключателей и всей электрической схемы.

Читайте также: