двополюсний автомат

1. Подяки
2. конструкція
3. Загальна концепція
4. необхідність застосування
5. Історія: виникнення необхідності в застосуванні двополюсних автоматів
6. Передача напруги по дротах

Двополюсний автомат - автоматичний вимикач, одночасно обриває ланцюг нейтрали і фази. Призначений для ланцюгів 220 В і ряду інших випадків. Термін іноді зустрічається в теорії реле, ігрових автоматів, довічних пристроїв для позначення схем з єдиними входом і виходом, виконуючими якусь логічну функцію.

Подяки

Без сховища патентів Гугл ми втратили б чудових малюнків і цікавої інформації про двополюсних автоматах. Не можна обійти увагою А.C. Walker ([email protected]) за чудові факти, зібрані цією людиною з приводу ліній передачі електроенергії і їх захисту.

конструкція

Двополюсний автомат часто представляють, як два однополюсних автоматичних вимикача . Різниця в блокуванні неузгодженої роботи. Обидва автомата вмикаються і вимикаються одночасно. Чим забезпечуються вимоги ПУЕ. Охочих направимо до теми електричних автоматів . Дві зазначені посилання здатні забезпечити інформацією по конструкції і дати помірне уявлення про історичний розвиток питання.

Забороняється замість двополюсного застосовувати два однополюсних автомата, зв'язавши ручки механічно перемичкою. Історично двополюсні рубильники почали використовуватися для ланцюгів постійного струму, щоб гарантовано не отримати удар від гальванічного джерела живлення з рівноцінними обкладинками.

Загальна концепція

Спочатку автоматичні вимикачі застосовувалися не для захисту обладнання, а для регулювання напруги. Це викликалося необхідністю компенсації впливу блискавок, інших природних факторів (включаючи птахів). Картину доповнювали скачки напруги, викликані перемиканням, вмикання та вимикання (потужних споживачів). Доречно нагадати, що обсяг виробництва енергії на початку XX століття виглядав смішним. Наприклад, перша в Росії плавуча електростанції видавала 35 кВт потужності. Будь-обігрівач міг її недовантажити або перевантажити при зміні режиму роботи. Для блокування небажаних ефектів застосовувалися автоматичні вимикачі (circuit-breakers).

Про цю роль автоматів мало говориться в зарубіжній літературі і замовчується у вітчизняній. Кількома підзаголовками нижче наведені типові сентенції, якими намагаються обгрунтувати застосування двополюсних автоматів. Ідея автоматичного захисту прийшла в голову інженерам після розвитку перших аварій. Не вся промислова оснащення працювала справно, фото будівлі із захисною апаратурою після вибуху масляного автомата приведено прикладом по тексту.

Типовий зразок однополюсного автомата кінця XIX століття бачимо в патенті US693416 A, виданому 18 лютого 1902 року. Це електромагнітний перемикач, при різкому підвищенні струму в обмотці висмикувати якір з контактами на себе, обриваючи харчування. Уже в давній час знали про небезпеку дуги, для її гасіння застосований роздвоєний контакт ножового типу. При втягуванні якоря розпрямляється механічна передача з двох плечей і замикається пружиною. Повернення в роботу проводиться вручну оператором. Принцип дії заснований на накопиченні енергії магнітного поля котушки, тому лінії напруженості зникають поступово, проміжку часу якраз вистачає для спрацьовування вимикача.

Регулятивні функції двополюсного автомата бачимо на прикладі патенту US725799 A, де ряд електромагнітних перемикачів підлаштовують напруга динамо-машини. Високовольтні переривники ланцюга для захисту від струмів короткого замикання сьогодні виглядають як в патенті US844353 A Франка Хартмана 1907 року.

Справжні винахідники двополюсного автомата (US797048 A) стверджували, що їх виріб являє механічне поєднання одиночних вимикачів. Оні наводяться в дію єдиним електромагнітним механізмом, або вручну. Гаррі Девіс і Артур Рейндерс або не хотіли відкривати таємницю, або не уявляли, навіщо потрібен двополюсний автомат. Обгрунтування виглядає так: штука з користю застосовується для зменшення праці оператора і рухомих частин обладнання в цілому.

Автори вважають, що двополюсним автоматом зручно відключати трьохпровідний ланцюга, поширені в той час (Європа, Росія, США). У Німеччині ток поставлявся за трьома проводам. Двополюсні автомати довго могли служити, двофазні системи постачання енергії існували до кінця першої половини XX століття. Число ліній вдалося поступово знизити підвищенням напруги.

Додатковою галуззю застосування двополюсних автоматів вважають пускозахисна пристрої асинхронних двигунів. В однофазної мережі (нині 230 В) пускова і робоча обмотки включаються одночасно, в міру розгону вала перша виводиться з дії для зниження віддачі реактивної потужності. У патенті US1665223 A представлений ручний зразок подібного пристрою. Франк Роллер пише, що оператор здатний одночасно замкнути обидва полюси, після розгону вала - пускову обмотку вимкнути. На квітень 1928 року вважалося важливим винаходом.

Підсумок: двополюсні автомати переважно застосовуються в промисловості як безпеки, регулювання або технологічні пристрої. Для побутової техніки такі дослідження охороняють роботу двофазних пристроїв, що зустрічаються в побуті (переважно духовки і кухонні плити).

необхідність застосування

Професійні електрики по-різному пояснюють необхідність застосування двополюсних автоматів. Причини зводяться до двох слів:

• аварія;
• недбалість.

Автори вважають, що причини не єдині і далеко не перші в списку. Головною метою двополюсного автомата стає розрив двох проводів, коли необхідно. Наприклад, коли лінії несуть електричний потенціал, або в приміщеннях з підвищеною небезпекою: санвузол, кухня. Короткі причини, наведені авторами в якості аргументу для використання двополюсного автомата:

• У будинках старої забудови всі дроти білі, значить, немає найменшої можливості зрозуміти, де знаходиться фаза. Прилади не розрізняють, з якого боку що подавати: вилки симетричні. Отже, можливо переплутати нейтраль і фазу. Потрібен двополюсний автомат, щоб гарантовано відключитися. Згідно з правилами, рвати лише нейтраль не можна з очевидних причин: створюються сприятливі умови для ураження електричним струмом при обслуговуванні і експлуатації приладів несподівано для людини.

Відповідь. Наведений аргумент не зовсім вірний. Електрик не має права самовільно в щитку міняти дроти, за нормативами (ПУЕ та ін.) Не можна на патрон освітлювального приладу заводити фазу, а в розетці по сформованим нормам фаза знаходиться зліва. Майстер ризикує втратити роботу або стати відповідальним за випадкову смерть.

• Аргумент. «Майстер» здатний випадково переплутати дроти. Отже, потрібен двополюсний автомат (див. Попередній пункт):

Відповідь. Будь-електрик, виконавши роботу, зобов'язаний здійснити перевірку. Професіонал знає, що в патрон можна подавати фазу, а в розетці фаза розташовується зліва. Для перевірки у майстри є викрутка-індикатор, що допомагає виявити помилку. Нарешті, господар здатний самостійно перевірити, чи не завели чи на однополюсний автомат нейтраль. Це зробити просто, відкривши щиток. У старих квартирах викручуються лампочки, проводиться перевірка патрона.

• Аргумент. Майстер попався завзятий і не вірить, що в розетці фаза зліва. Отже, потрібен двополюсний автомат ...

1. Відповідь. У старих будинках розетки і освітлення заводяться з єдиного дроти. Отже, змінивши розташування фази, електрик заведе її на патрон. Послатися на ПУЕ, начальство і суд. У нових будинках показати автомат, куди бідолаха завів нейтраль. За ПУЕ рвати нейтраль не можна, що не відключивши одночасно і фазу.
2. Відповідь №2. Спробувати сподіватися на людяність майстра. Якщо дійсно немає різниці, з якого боку знаходиться фаза, в будинку пробки і немає автомата, сказати, що для екранування корпусів приладів на бічній пелюстка заведена нейтраль. Проведено захисне занулення апаратури. Змінивши місце розташування фази, майстер завів на корпуси 220 В (у мережевих фільтрів комп'ютерів в останньому разі не загоряється помаранчева лампочка). Дати зрозуміти, що від мікрохвильової печі і комп'ютера сильне випромінювання, якщо ланцюг занулення прибрати остаточно.

• Аргумент. Нейтраль здатна виявитися під напругою через перехлеста проводів при падінні стовпа. Потрібен двополюсний автомат ...

1. Відповідь. У згаданому випадку двополюсний автомат стане непоганим захистом. У селі, на дачі, де стовпи дерев'яні, допустимо розщедритися і заплатити трохи більше. Що стосується міських мереж, легко уявити, що чекає в разі подібного перекосу власників трифазного обладнання: великі гроші, величезні збитки, і хтось за це заплатить. Постачальник енергії про те знає, не хоче платити і захистився від подібних випадковостей.
2. Відповідь №2. На випадок колізій постачальник міг укласти з промисловцями договір про встановлення останніми автоматів контролю перекосу фаз, уникаючи збитку. Тоді захист двополюсним автоматом не врятує, адже апарат використовується виключно для ремонту. Чи не врятують і диференціальні автомати, людина вхопиться двома руками за корпус і за рахунок напруги дотику отримає удар струмом. Захист здатна не спрацювати.
3. Висновок. Якщо побоюєтеся за нейтраль, захистіть від занесення потенціалу окремо. Досягається, наприклад, використанням системи TN-CS за рахунок об'єднання нульового проводу з місцевим контуром заземлення. На нейтрали утворюється резистивний дільник, небезпека тим нижче, чим менше опір заземлювача і опір стікання струму в грунт.

У старих будинках правила ПУЕ систематично не виконуються. І аргументацію про помилки не можна розглядати серйозно. Рекомендується перевірити всі патрони під лампочки, розетки та інше на предмет правильності електричних підключень. Це позбавить від прямої небезпеки удару струмом, поліпшить електромагнітну обстановку в будинку. Будь-провід вважається джерелом випромінювання, навіть якщо просто знаходиться під фазою. Стеля, усіяний подібними гірляндами, світиться в радіодіапазоні як новорічна ялинка. У цьому легко переконатися за допомогою безконтактної викрутки-індикатора.

Нарешті, в будинку з імпортною технікою рекомендується система TN-S. Затвердження знайоме людям, які знаються на електроніці і бачили систему вхідних фільтрів західній апаратури. В цьому випадку для кожної фази мережі контур заземлення власний. Інакше легко порушити правила безпеки експлуатації трифазних мереж з глухозаземленою нейтраллю. Досить мати в квартирі дві живлять лінії з трьох, що в більшості випадків і є присутнім. Узагальнюючи - двополюсний автомат не стане формою захисту від занесення потенціалу на нейтраль. Це спеціалізований апарат для експлуатації обладнання, підключеного штатно і правильно, без помилок.

Нарешті, диференційний автомат не врятує в разі занесення. Він вловлює витік на землю, мінующую нейтраль. Якщо потрапити під напругу дотику, які не утворене заземлителем, працювати стане не диференційний захист, а обмеження по максимальному струму. Тоді немає різниці числа полюсів у автомата. Напрошується висновок про необхідність нейтраль заземлити на вводі в будинок. Що зроблено в більшості будинків радянської споруди, де проблема настільки актуальна.

Зарубіжні мережі TN-S безпечніше. У них не можна використовувати трифазне обладнання (потрібні додаткові заходи), зате користувач не постраждає від рядовий побутової техніки. Бажаючим цілковитій безпеці радимо правильно облаштувати систему TN-S і на території ставити диференціальні автомати. Додатковим варіантом захисту нейтрали вважається установка на вході в квартиру розділового трансформатора із заземленням на місцевому контурі однією з точок вторинної обмотки (не плутати з захистом санвузла по ГОСТ Р 50571.11). Це гарантовано надає нульовий провідник. Подальша захист виконується згідно з нормативами.

Історія: виникнення необхідності в застосуванні двополюсних автоматів

Спочатку прийняті в електриці стандарти Ніколи Тесли: амплітуда напруги 110 В. Це сьогодні практикується в з'єднаних штатах Америки. До Тесли був Едісон, який обвів Ніколу навколо пальця двічі на загальну суму до 75 тис. Доларів. На момент 1885 року одну унція коштувала 20,67 $. Ніколі Теслі прогулянка обійшлася в 3628,5 унцій золота, що становить в районі центнера (103 кг). Автори вважають, що у війні струмів Едісон втратив набагато більше, а головне - змусив задуматися про реальну вагу підприємницького слова в США.

Отже, Нікола Тесла наполягав на впровадженні змінного струму через очевидних переваг і бажання дошкулити Едісону. Останній розумів, чим загрожує реорганізація виробництва, йшов на хитрощі, щоб не допустити «пронозливого» європейця в серцевину особистого бізнесу. Обидві сторони тягнули ковдру на себе, нескладно здогадатися, це пов'язано з двополюсними автоматами. І зв'язок пряма: багато ліній - багато полюсів.

Як стверджують історики, в 1873 році грамів передав електроенергію на цілих три чверті милі на Віденській виставці. Перша, що проводилася за межами Англії і Франції, вона призначалася надати сил народу після поразки в війнах з Пруссією та Італією. Грамі на той час вже винайшов відому динамо-машину з кільцем і демонстрував апарат у дії. Струм був пульсуючим, одного напрямку. На виставці учений зазначив, що його винахід, згідно з принципом оборотності, здатне працювати як електричний двигун постійного струму. Зрозуміло, в яку демонструють конструкції стояло більше двох обмоток, в іншому випадку подібного б не сталося.

Розв'язкою цих речей передавати постійний струм на далекі дистанції непросто. Струм губився на мідних проводах. Отже, потрібно брати велике перетин, робити запас на «усадку». Через чотири роки після Віденської виставки Едісон створює компанію і починає просувати прилади для освітлення. Попутно конструює лічильник електричної енергії та інше, що працює з постійним струмом. З'являється Нікола Тесла ... Створивши першу працездатну модель в Європі, молодий винахідник обдурять чиновниками на 25 тис. Доларів і за порадою знайомого їде до Едісона особисто. Мабуть, щоб випробувати американська гостинність.

Тут винахідника надувають остаточно і, промитарівшісь пару-трійку років випадковим заробітком, Нікола знаходить спонсора і з партнером відкриває власну фірму. До нього трудиться Вестінгауз, соратники разом починають боротьбу за змінний струм. Справи швидко йдуть в гору, Едісон намагається утримати позиції. Втім, безуспішно. Попутно, в знаменитому Менло Парк (штат Нью-Джерсі) вигадує страшилки, мучить звірів і винаходить електричний стілець, прагнучи довести небезпеку змінного струму. Тесла відповідає інтелектуальними методами ...

Передача напруги по дротах

З нами рекорд (1882 рік) з передачі електроенергії. Згідно з наявними даними торговець і організатор виставок Оскар фон Міллер з Мюнхена захотів влаштувати для залучення публіки щось, порівнянне з демонстраціями в Парижі. З цією метою найняв француза (підкоряючись моді на іноземців) Марселя Депре, щоб той організував передачу енергії до Місбаха. По відстані виходило 35 миль (майже 70 км). По трьох часів - світовий рекорд.

Демонстрація пройшла разюче успішно. Паровий двигун на півтори кінські сили дудів і виробляв (на динамо) напруга 2 кВ. Без праці порахуємо струм, якщо 1 к.с. = 0,74 (0,74) кВт. за закону Ома для ділянки ланцюга знаходимо: 1110/2000 = 0,55 А. За нинішніми мірками смішне число, забавно, що три чверті енергії по дорозі загубилося. До споживача ток дійшов, а напруга впала до 500 В. Хочемо показати - передача енергії на відстань можлива виключно при великому напруженні. З простої причини: втрати на активному опорі обумовлені поточним струмом. Для цього підняли потенціал до 2 кВ, хоча мережі Едісона розраховані на 110 В.

Повернемося до Миколи Теслі. Під кінець 80-х вчений досягнув своєї мети і почав переслідувати боржника - стверджував, що просто пожартував. Чи жарт - в 1891 році передано 200 кінських сил потужності на дистанцію 175 км з ефективністю 75% - зі змінним струмом на три фази. Лінія на 15 кВ з'єднала виставку в Франкфурті з Лауффен-ам-Неккаром. Легко переконатися, що на згаданому відстані ефективність передачі постійного струму Депре склала б 10% або менше. Постійний струм не можна використовувати з настільки величезним напруженням без перетворювачів.

Наукової громадськості стало ясно, що, підвищуючи вольтаж, вдасться добитися непоганого результату. У 1912 році межа склав 110 кВ, в 1923 піднявся вже до 220. Що залишається близьким до сьогоднішнього стану речей. Найпотужнішою лінією залишається ЛЕП Екібастуз-Кокшетау з вольтажем 1,2 МВ (1982 рік). В результаті ККД передачі струму на великі відстані дуже велике. Вище 2 МВ підніматися немає сенсу через що виникає між лінією і грунтом коронного розряду . Для сьогоднішніх ліній передач типові втрати 2,5%. У США, де напруга нижче, втрачають 7,2%.

Тесла заздалегідь прорахував возможности, более спіраючісь на розум, чем на руки. З цього приводу у вченого вийшла суперечка з Едісоном, який стверджував, що краще випробує 100 варіантів, ніж стане сидіти і ламати голову. Тесла зумів би передати і постійний струм, але заради принципу не став робити подібних зусиль. Едісон єдиним рішенням визнав використовувати два дроти і нейтраль (це не межа, існували системи з чотирьох і п'яти проводів для постійного струму). Цим знижувалися втрати на лінії, а паралельне з'єднання проводів видавало менший опір. Отже, зростала відстань передачі, при відносній безпеці.

Це сталося в 1883 році, роком пізніше впровадження в обіг трьохпровідний системи Джона Хопкінсон з Англії ... як раз, коли Тесла зібрав перший двигун і показав європейським підприємцям. Що побічно говорить про передбачення Едісона щодо прийдешніх подій. Занадто багато збігів для простої випадковості. Тесла виграв свою війну.

Нарешті, прийшли до ідеї двополюсних автоматів: вони потрібні, щоб обривати одночасно дві лінії, не має значення - змінного або постійного струму. Більшість держав за традицією використовували таку систему. Наприклад, рекомендації ІРТО 1891 року рекомендували впровадження трьохпровідний лінії постійного струму на 225 В (якщо автори правильно зрозуміли джерела, які вказуються Вікіпедією, роз'яснити докладно інтерфейс сигналу ніхто не спромігся). Помилково думати, що трьохпровідна лінія вважається шиком. відомі європейські штепсельні розетки винайдені в довоєнній Німеччині 30-х років і містили дві лінії під напругою по 110 В кожна + пелюстки заземлення. Подібне було і в інших державах. Не скажемо, що двополюсний автомат залишився б без роботи.

Це цікаво! Едісон взяв за правило передавати напругу на 10% більше, ніж було потрібно споживачам. Запас губився в проводах. Політика Едісона де-факто стала хорошим тоном у всіх постачальників енергії. Сьогодні цифри утворюється схожим чином: 110, 220, 660 В, 6,6 кВ та ін.