Принцип действия автоматического выключателя

Автоматический выключатель (АВ) совсем не похож на обычный, который расположен в каждой комнате вашего уютного жилища для включения и выключения света. Его задача состоит немного в другом. Предназначен он для защиты электрических цепей от короткого замыкания, изменения напряжения, перегрузок и других нарушений режимов работы цепи, а также для ручного отключения и выключения линий и потребителей электроэнергии.

В наше время, когда технический прогресс не стоит на месте, АВ из громоздкого, немного неудобного превратился в компактный (насколько это возможно) коммутационный аппарат.

Автоматы (как принято называть данное устройство) чаще всего устанавливаются на входе в дом или в квартиру. И стараются их разместить в специальных боксах (щитах), которые могут быть как металлическими, так и пластиковыми.

Существует достаточно много разновидностей АВ. Некоторые из них служат лишь в качестве выключателей цепи и для предохранения сети от перегрузки, а некоторые имеют дополнительные функции, например защиту от токов пониженной нагрузки.

Все АВ по времени срабатывания на недопустимое напряжение подразделяются на три вида:

• селективные;
• нормальные;
• быстродействующие.

Время срабатывания нормального автомата колеблется от 0,02 до 0,1 с. В селективных АВ это такое же время. Быстродействующие АВ работают немного быстрее: у них эта величина составляет всего 0,005 с.

Все АВ заключены в пластиковый небьющийся корпус со специальным креплением на задней стороне. Устанавливать автомат на это крепление очень легко, достаточно вставить его на рейку в щите до щелчка. Снимать автомат столь же просто – потянув отверткой за специальное ушко. По своему техническому исполнению АВ бывают различного вида, от однополюсных до четырехполюсных, с различными модификациями.

Внутри автомата располагается так называемая начинка, то есть его главные предохранительные устройства – электромагнитный и тепловой расцепитель.

Основные требования к АВ

Во всех автоматах главная контактная система должна:

1. Обеспечивать, не перегреваясь и не окисляясь, продолжительный режим работы при номинальной силе тока.
2. Не повреждаясь, отключать цепь при токах КЗ.

Устройство АВ

Принцип работы

Для защиты от короткого замыкания в АВ имеется электромагнитный расцепитель. Электрический ток протекает через катушку электромагнита. Если сила тока превышает установленное значение, электромагнит притягивает к себе контакт, который приводит в действие размыкающий механизм. Быстродействующие расцепители реагируют на ток большей силы при КЗ.

Для защиты от перегрузок предусмотрен термический расцепитель. Он представляет собой биметаллическую пластину, которая нагревается, когда по ней протекает ток. Если ток слишком велик, пластина перегревается и деформируется, тем самым размыкая электрическую цепь. Расцепители этого типа срабатывают не сразу, а с задержкой. Ток КЗ способен разрушить это устройство.

Различия АВ

Автоматы различают по степени чувствительности к срабатыванию отключения. В наиболее распространенных стандартных моделях чаще всего применяются АВ с пороговым значением, примерно равным 140% от номинального.

АВ различают также по количеству полюсов. Что это значит? В одном автомате может быть несколько независимых друг от друга электрических линий, которые соединены между собой общим механизмом отключения. Например, двухполюсные или трехполюсные автоматы (о чем выше уже упоминалось).

У АВ есть различия и по другим не менее важным показателям. Они отличаются по пороговой силе тока, которую они пропускают через себя. Чтобы автомат мог сработать и в аварийной ситуации отключить электросеть, он должен быть настроен на определенный порог чувствительности. Такую настройку обычно производит изготовитель, и поэтому на автомате сразу пишут числовое значение этого порога.

Для бытовых нужд используют автоматы с показателями 3, 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 и 160 А. Эти цифры означают суммарную мощность всех потребителей электрического тока, которые будут подключаться к цепи. Чувствительность автомата необходимо рассчитывать не только по суммарной мощности предполагаемых энергопотребителей, но и проводке, и электромонтажным изделиям – выключателям и розеткам. Ниже приведена таблица типов автоматов.

Диапазоны токов мгновенного расцепления автоматов разных типов

Здесь приведен ряд графиков, которые вам будут интересны (буквы В, С, D обозначают области токов мгновенного расцепления).

Тип В – свыше 3 Iном до 5 Iном включительно.

Тип С – свыше 5 Iном до 10 Iном включительно.

Тип D – свыше 10 Iном до 20 Iном включительно.

У отдельных производителей существуют дополнительные кривые отключения:

Тип А – свыше 2 Iном до 3 Iном включительно.

Тип К – свыше 8 Iном до 14 Iном включительно.

Тип Z – свыше 2 Iном до 4 Iном включительно.

Под номинальным током (I ном) понимается установленный изготовителем ток, который автомат способен проводить в продолжительном режиме при контрольной температуре 30°С.

Выбор типа АВ

При выборе автомата исходят из того, что его номинальное напряжение должно быть выше или равно номинальному напряжению сети. Определяют (при помощи математических расчетов) максимальную силу тока КЗ в зоне защиты, а предельно допустимую силу тока АВ выбирают больше этой величины.

Номинальная сила тока расцепителя должна быть несколько больше значения силы тока длительной максимальной нагрузки, иначе автомат будет отключать цепь не только при отключении силы тока от своего заданного значения, но и при нормальном режиме работы (если сказать по-простому, будет срабатывать от каждого вашего чиха).

Также необходимо обеспечить избирательность (селективность) действия автомата. Он должен отключать защищаемый объект раньше, чем другие автоматы защиты, расположенные ближе к источнику питания. Защиту считают избирательной, если характеристики срабатывания аппаратов защиты высшей и низшей ступени сети с учетом зон разброса характеристик не пересекаются. Ниже приведен график, где на высшей и низшей ступени расположены автоматы.

Как вы видите по графику, в данном случае применяют на высшей ступени (цифра 1) сети АВ с повышенным регулируемым временем срабатывания (пунктирная кривая) или на низшей ступени сети токоограничивающий АВ (пунктирная кривая).

fazaa.ru

14. Назначение, общее устройство, принцип действия и типы предохранителей на напряжение до 1 кВ

Предохранитель — это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

В большинстве предохранителей отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи. Чем больше протекаемый ток, тем меньше время расплавления плавкой вставки. Эта зависимость называется защитной характеристикой предохранителя. Для уменьшения времени срабатывания предохранителя, применяются плавкие вставки из различного материала (цинк, медь, алюминий, свинец и серебро), специальной формы, а также используется металлургический эффект.

При токах КЗ узкие участки плавления вследствие слабого отвода от них теплоты по сравнению с временем нагревания, перегорают прежде, чем ток КЗ достигнет своего установившегося (в цепях постоянного тока) или ударного (в цепях переменного тока) значения. Т.е. предохранители обладают токоограничивающим действием, при котором ток КЗ ограничивается до значения i_ОГР (в 2-5 раз).

Основные элементы предохранителя: корпус, плавка вставка (плавкий элемент), контактная часть, дугогасительное устройство и дугогасительная среда.

Предохранители изготовляют на напряжение 36, 220, 380, 660 В переменного тока, и 24, 110, 220, 440 В постоянного. В один и тот же корпус предохранителя могут быть вставлены плавкие элементы на различные номинальные токи.

Плавкие вставки предохранителей выдерживают токи, превышающие на 30-50% их номинальные токи в течение одного часта и более. При превышении в 60-100%, они плавятся за время менее одного часа.

Типы предохранителей:

Насыпные типа ПН-2. Служат для защиты силовых цепей до 500 В переменного и 440 В постоянного тока. Выполняются на номинальные токи 100-600 А. Представляет из себя прямоугольную фарфоровую трубку, внутри засыпанную сухим кварцевым песком. Плавкая вставка приварена к шайбам врубных контактных ножей. Крышки с асбестовыми прокладками герметически закрывают трубку. Плавкая вставка – медные ленточки с вырезами и капельками олова посередине.

Предохранители НПН подобны ПН, но имеют неразборный стеклянный патрон без контактных ножей и рассчитываются на токи до 63 А. Плавкой вставкой служит медная проволока с каплей олова.

Предохранители типа ПР-2, которые изготовляют до 1000 А и являются разборными. В составе имеется фибровый патрон, а температурное воздействие на него вызывает интенсивное гашение дуги газовыми выделениями материала патрона. Плавкая вставка – цинковая пластина с сужениями.

Предохранители серии ПП-31 с алюминиевыми вставками на номинальные токи 63-1000 А разработаны взамен предохранителей серии ПН-2.

studfiles.net

Принцип действия автоматического выключателя и его конструкция

Выбор выключателей стоит начать с понимания как работает автоматический выключатель и конструктивных особенностей. Каждый такой автомат имеет:

• Несколько полюсов, которые он может включать и отключать. То есть силовые контакты, которые размыкают или замыкают цепь. Их количество может быть от одного до четырёх;
• Дугогасительная система. Она может состоять из специальных камер с узкими щелями для разбития дуги на мелкие части и снижения её выгорающей способности. Также камеры дугогашения могут быть выполнены в виде решётки. Эти две вида камер иногда применяются комбинированно если автомат предназначен для коммутации мощных цепей;

• Привод расцепляющего механизма;
• Расцепитель. Он может иметь электромагнитную, электронную, микропроцессорную или же биметаллическую основу служащую для мгновенного автоматического выключения при создании ненормальных токовых режимов. В свою очередь, он состоит из рычагов, защёлок и отключающих пружин для ускорения срабатывания защиты;
• Одну или несколько пар так называемых блок-контактов или вспомогательных контактов, идущих в цепи сигнализации или же контроля.

Хотелось бы остановиться более конкретно на таком элементе как электромагнитный расцепитель. Он представляет собой катушку (соленоид), подвижная часть которой, и приводит в действие само устройство механического разрыва цепи. Ток, протекающий по силовым контактам, непосредственно проходит и по соленоиду, только вот при нормальной работе, когда его значение не превышает номинального параметра, на который рассчитан автомат, он не выключает автомат. Магнитного поля в этом случае не хватает на то, чтобы якорёк расцепителя сдвинул защёлку и автоматический выключатель остаётся во включенном положении. Как только ток, вследствие короткого замыкания в отходящей цепи, превысит пороговое значение, магнитный поток приведет в движение подвижную часть соленоида и автомат немедленно отключится.

Автоматические выключатели постоянного тока, которые устанавливаются для защиты электродвигателей стационарно имеют несколько расцепителей. Это делается с целью ускорить процесс отключения даже при несрабатывании одного из систем расцепления. Допусти ВАТ (выключатель автоматический токовый), который применяется для электродвигателя главных приводов прокатного стана имеет систему ИДП (индукционно динамический привод). Она дополнительно тянет за подвижный силовой контакт во время отключения автомата от токовой защиты.

Тепловая защита автоматических выключателей почти во всех случаях создана на биметаллической пластине, которая также введена в силовую цепь. При прохождении тока выше номинала она начинает греться и в какой-то момент происходит её деформация или изгиб тем самым разрывается электрическая цепь. Поэтому в таких случая стоит подождать когда она остынет, так как отключенный от тепловой защиты автомат включится не сразу. Иногда если автоматы не имеют чёткой тепловой вставки превышение токового номинала ограничивают отдельно установленными тепловыми реле, работающими по такому же принципу, и имеющие настройку.

Классификация автоматических выключателей

При выборе нужного устройства для подачи напряжения и отключения, вручную или же автоматически, нужно подобрать их исходя из класса. Вот какие бытовые классы автоматических выключателей по току мгновенного расцепления бывают:

1. Тип B: выше 3*I ном. до 5*I ном. включительно (где I ном — номинальный ток). Применяются они для защиты линий освещения или линий, проложенных на длинные расстояния;
2. Тип C: свыше 5*I ном. до 10*I ном. включительно. Такие классы автоматов применяются для защиты розеточных групп или цепи с потребителями, со  средними пусковыми токами.
3. Тип D: свыше 10*I ном. до 20*I ном. включительно. Применяется для защиты трансформаторов или цепей потребителей с большими пусковыми токами.

Промышленные классы:

1. тип L: свыше 8*I ном.
2. тип Z: свыше 4*I ном.
3. тип K: свыше 12*I ном.

Немного отличается классификация у западных производителей.

Типы автоматических выключателей

Все они делятся на:

• низковольтные — это до 1000 В;
• высоковольтные, выше 1000 В.

Сразу стоит оградить от непродуманного использования ни в коем случае нельзя использовать низковольтные автоматические выключатели, в цепях высокого напряжения. Это отдельный тип данной аппаратуры, который требует не только правильной установки, но и соответствующей эксплуатации.

Ещё одно различие связано с их исполнением оно бывает:

• Модульное;
• Литое;
• Воздушное силовое.

Именно модульные самые распространенные типы выключателей, применяемых в квартирах, домах, дачных участках, то есть во всех бытовых случаях. Они очень компактны и удобны крепятся на специальную планку называемую DIN-рейкой. Нужно всего лишь разжать элементы крепления, которые стягиваются пружинкой и установить автоматический выключатель в нужное место, чаще всего это электрощиток. Какой размер его ставить, это уже зависит от количества оборудования в нём. Он должен запираться надёжно на ключ, что бы ни дети ни кто-то другой не мог включить автомат когда на линии ведутся работы.

Выбор автоматического выключателя

Выбор автоматических выключателей стоит выполнять в соответствии с указанными на схеме проекта параметрах. Если же стоит вопрос как выбрать выключатель для обычного бытового случая, то тут есть несколько условий:

1. Тип напряжения, то есть 220 Вольт или 380. Здесь сразу же и определиться количество полюсов. При 220 В это одно— или двухполюсный. При трехфазном напряжении это обязательно трёх— или четырёхполюсный ;
2. Рабочий ток. Величина эта рассчитывается по мощности и напряжению всех потребителей которые будут к нему подключены. Ток равен, мощность разделить на напряжение. Подбирайте его лучше немного с запасом. Например, при расчётном 10 Ампер, правильно выбрать выключатель на 16 А;
3. Ток отсечки или отключения стоит выбирать в зависимости от того какой потребитель будет подключен к нему. Любой из них сработает при коротком замыкании;
4. Тип производителей. Экономить здесь не стоит, так как от этого зависит пожарная безопасность.
5. Селективность. Это значит нельзя ставить автомат который будет работать с параметрами выше чем предыдущий. Например, общий автомат на 50 Ампер и срабатывание, допустим, 3*I ном и отходящие от него такие же, с такой же защитой. При произошедшем к.з. может выбить вводной автомат, а не той конкретной цепи где произошла аварийная ситуация. Данный выбор автоматического выключателя имеет важное значение, так как от этого зависит быстрота срабатывания, а значит и отключения.

Последнее время с развитием технологий стали применяться также дополнительно дифференциальные автоматы, и УЗО (устройство защитного отключения), но их работа направлена немного на другие параметры цепи.

Выбор высоковольтных выключателей

Выбор выключателей высоковольтного типа дело более ответственное и кропотливое, здесь уже на DIN-рейку не поставишь. Вот основные параметры, влияющие на выбор таких устройств:

1. Номинальное напряжение и ток;
2. Тип выключателя;
3. Количество полюсов для коммутации;
4. Тип установки, соответствующий условиям работы;
5. Степень быстродействия защиты и время отключения;
6. Количество полных коммутационных циклов, то есть насколько он рассчитан включений и отключений;
7. Ток термической устойчивости;
8. Предельный ток К.З.;
9. Время включения если есть дистанционный привод;
10. Давление газа или воздуха, пневматического или газового приводов.

Также не рекомендуется при выборе отдавать предпочтение китайским производителям данного оборудования, так как они очень часто экономят на цветных металлах. Последнее время отечественные производители вышли на довольно высокий уровень изготовления автоматических выключателей как высоковольтных, так и рассчитанных на напряжение не выше 1000 Вольт.

Все самые важные аспекты освещены, теперь от того как правильно человек выберет этот аппарат будет зависеть безопасность проводки, а значит и пожарная безопасность. Так как самая частая причина возникновения пожаров считается возгорание проводки, а значит подобранный и выбранный автомат вовремя не отключился.

amperof.ru

Устройство автоматического выключателя

Устройство автоматического выключателя. Тепловой расцепитель предназначен для автоматического отключения выключателя при протекании по нему тока, значение которого больше номинального. Основной конструктивный элемент данного типа расцепителя – биметаллическая пластина, которая деформируется в результате нагрева при протекании определенного значения тока. При достижении заданного положения пластина воздействует на механизм свободного расцепления, чем обеспечивается автоматическое отключение аппарата. Время, в течение которого происходит отключение автоматического выключателя, обратно пропорционально величине протекаемого через него тока. То есть чем больше ток, протекающий через данный автоматический выключатель, тем быстрее произойдет его автоматическое отключение. Например, автоматический выключатель, рассчитанный на номинальный ток в 16 А при протекании через него тока величиной в 19 А отключится в течении 40-45 мин. А при значении тока 32 А отключиться за 5-10 мин. Следует отметить, что на скорость срабатывания теплового расцепителя оказывает влияние температура окружающей среды. Таким образом, летом, при температуре 450 номинальный ток 16-ти амперного аппарата составляет 15 А. В то время как зимой, при температуре -200 величина предельно допустимого тока для данного аппарата увеличивается до 21 А. Благодаря тепловому расцепителю, автоматический выключатель осуществляет защиту конструктивных элементов электропроводки квартиры от перегрузки, которая возникает при включении в бытовую сеть электроприборов, мощность которых больше максимально допустимой для электропроводки. Следующий тип расцепителя – электромагнитный. Он предназначен для отключения автоматического выключателя при протекании через него большого значения тока – тока короткого замыкания. Такой режим работы имеет место при повреждении электропроводки или включенного в сеть бытового электроприбора. Рассмотрим принцип работы электромагнитного расцепителя. Электромагнитный расцепитель конструктивно представляет собой электромагнит с якорем, включенный в цепь последовательно. При протекании через автоматический выключатель номинального тока сердечник электромагнита находится в неподвижном состоянии. Если через электромагнит будет протекать большое значение тока (выше тока уставки), то он втянет сердечник с якорем и воздействует на механизм расцепления автоматического выключателя. То есть при протекании тока короткого замыкания автомат отключится автоматически действием электромагнитного расцепителя. При этом время отключения автоматического выключателя составляет доли секунды. Ток, при котором происходит срабатывание электромагнитного расцепителя можно определить по классу автоматического выключателя. Например, электромагнитный расцепитель аппарата класса В отключается при протекании через него 3-5 номинальных значений тока. Автомат класса С отключится при протекании через него 6-10 номиналов. Данная особенность учитывается при выборе автоматических выключателей для защиты электропроводки. Это связано с тем, что некоторые потребители электрической энергии, в частности электродвигатели, характеризуются большим значением пускового тока. То есть если пусковой ток больше тока срабатывания электромагнитного расцепителя, то данный электродвигатель не запустится по причине отключения автоматического выключателя. Решением проблемы в данном случае является установка автоматического выключателя следующего класса (например, замена аппарата с классом В на аналогичный по номинальному току теплового расцепителя аппарата с классом С).

atlastpk.ru

В режиме штатной работы через автомат протекает ток, меньший или равный номинальному значению. Питающее напряжение от внешней сети подается на верхнюю клемму, соединенную с неподвижным контактом. С неподвижного контакта ток поступает на замкнутый с ним подвижный контакт, а от него, через гибкий медный проводник – на катушку соленоида. После соленоида ток подается на тепловой расцепитель и уже после него – на нижнюю клемму, с подключенной к ней сетью нагрузки.

В аварийных режимах автоматический выключатель отключает защищаемую цепь за счет срабатывания механизма свободного расцепления, приводимого в действие тепловым или электромагнитным расцепителем. Причиной такого срабатывания является перегрузка или короткое замыкание.

Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, состоящая из двух слоев сплавов с различными коэффициентами термического расширения. При прохождении электрического тока пластина нагревается и изгибается в сторону слоя с меньшим коэффициентом термического расширения. При превышении заданного значения силы тока, изгиб пластины достигает величины, достаточной для приведения в действие механизма расцепления, и цепь размыкается, отсекая защищаемую нагрузку.

Электромагнитный расцепитель состоит из соленоида с подвижным стальным сердечником, удерживаемым пружиной. При превышении заданного значения тока, по закону электромагнитной индукции в катушке наводится электромагнитное поле, под действием которого сердечник втягивается внутрь катушки соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и вызывает срабатывание механизма расцепления. В нормальном режиме работы в катушке также наводится магнитное поле, но его силы недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины и втянуть сердечник.

Как работает автомат в режиме перегрузки
Режим перегрузки возникает, когда ток в подключенной к автомату цепи превышает номинальное значение, на которое рассчитан автоматический выключатель. При этом повышенный ток, проходящий через тепловой расцепитель, вызывает повышение температуры биметаллической пластины и, соответственно, увеличение ее изгиба вплоть до срабатывания механизма расцепления. Автомат отключается и размыкает цепь.

Срабатывание тепловой защиты не происходит мгновенно, поскольку на разогрев биметаллической пластины потребуется некоторое время. Это время может варьироваться в зависимости от величины превышения номинального значения тока от нескольких секунд до часа.

Такая задержка позволяет избежать отключения питания при случайных и непродолжительных повышениях тока в цепи (например, при включении электродвигателей которые имеют большие пусковые токи).

Минимальное значение тока, при котором должен сработать тепловой расцепитель, устанавливается при помощи регулировочного винта на заводе-изготовителе. Обычно это значение в 1,13-1,45 раз превышает номинал, указанный на маркировке автомата.

На величину тока, при котором сработает тепловая защита, влияет и температура окружающей среды. В жарком помещении биметаллическая пластина прогреется и изогнется до срабатывания при меньшем токе. А в помещениях с низкими температурами ток, при котором сработает тепловой расцепитель, может оказаться выше допустимого.

Причиной перегрузки сети является подключение к ней потребителей, суммарная мощность которых превышает расчетную мощность защищаемой сети. Одновременное включение различных видов мощной бытовой техники (кондиционер, электрическая плита, стиральная и посудомоечная машина, утюг, электрочайник и т.д.) – вполне может привести к срабатыванию теплового расцепителя.

В этом случае определитесь, какие из потребителей можно отключить. И не спешите снова включать автомат. Вы все равно не сможете взвести его в рабочее положение, пока он не остынет, а биметаллическая пластина расцепителя не вернется в свое исходное состояние. Теперь вы знаете как работает автоматический выключатель при перегрузках

Как работает автомат в режиме короткого замыкания
В случае короткого замыкания принцип работы автоматического выключателя иной. При коротком замыкании ток в цепи резко и многократно возрастает до значений, способных расплавить проводку, а точнее изоляцию электропроводки. Для того чтобы предотвратить такое развитие событий необходимо мгновенно разорвать цепь. Электромагнитный расцепитель именно так и срабатывает.

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник, удерживаемый в фиксированном положении пружиной.

www.drive2.ru

Устройство автоматического выключателя

Аналогичная задача решается при помощи так называемых автоматических выключателей (АВ). В отличие от плавких одноразовых предохранителей, автоматы – достаточно сложные приборы, при выборе их следует учитывать имеет несколько параметров.

Они также последовательно включаются в цепь. При повышении тока автоматический выключатель цепь разрывает. Автоматические выключатели выпускаются самого разного конструктивного исполнения и с различными параметрами. Наиболее распространены сегодня автоматы для крепления на ДИН-рейку (рис. 1).

Широко известны ещё советских времен автоматы АП-50 (рис. 3-5) и многие другие. Автоматы выпускаются с количеством полюсов (линий для подключения) от одного до четырёх. При этом двух- и четырёхполюсные автоматы могут иметь в своем составе не только защищенные, но и не защищённые контактные группы, которые обычно используются для разрыва нейтрали.

Состав и устройство АВ

В состав большинства автоматических выключателей входят:

• механизм ручного управления (используется для ручного включения и выключения автомата);
• коммутирующее устройство (набор подвижных и неподвижных контактов);
• дугогасительные устройства (решетка из стальных пластин);
• расцепители.

Дугогасительные устройства обеспечивают гашение и выдувание дуги, которая образуется при размыкании контактов, через которые проходит сверхток(рис.2)

Расцепитель – устройство (часть автомата или дополнительное устройство), механически связанное с механизмом АВ и обеспечивающее размыкание его контактов.

В составе автоматического выключателя имеются обычно два расцепителя.

Первый расцепитель – реагирует на долговременную, но небольшую перегрузку сети (тепловой расцепитель). Обычно это устройство на основе биметаллической пластины, которая под действием проходящего через неё тока постепенно нагревается, изменяет конфигурацию. В конце концов она нажимает на удерживающий механизм, который освобождает и размыкает подпружиненный контакт.

Второй расцепитель – так называемый, «электромагнитный». Он обеспечивает быструю реакцию АВ на короткое замыкание. Конструктивно этот расцепитель представляет из себя соленоид, внутри катушки которого находится подпружиненный сердечник со штырьком, упирающимся в подвижный силовой контакт.

Обмотка включена в цепь последовательно. При коротком замыкании ток в ней резко возрастает, за счет чего увеличивается магнитный поток. При этом преодолевается сопротивление пружины, и сердечник размыкает контакт.

Параметры АВ

Первый параметр – номинальное напряжение. Выпускаются автоматы для только постоянного тока и для переменного и постоянного. Автоматы для постоянного тока для общего использования достаточно редки. В бытовых и промышленных сетях используются в основном АВ для переменного и постоянного тока. Чаще всего используются АВ с номинальным напряжением 400В, 50Гц.

Второй параметр – номинальный ток (Iн). Это тот рабочий ток, который автомат пропускает через себя в длительном режиме. Обычный ряд номиналов (в амперах) – 6-10-16-20-25-32-40-50-63.

Третий параметр – отключающая способность, предельная коммутирующая способность (ПКС). Это максимальная сила тока короткого замыкания, при которой автомат сможет разомкнуть цепь, не разрушившись. Обычный ряд паспортных значений ПКС (в килоамперах) – 4,5-6-10. При напряжении 220 В, это соответствуют сопротивлению сети (R=U/I) 0.049 Ом, 0,037 Ом, 0,022 Ом.

Как правило, сопротивление проводов бытовой электросети может достигать 0,5 Ом, ток короткого замыкания на уровне 10 кА возможен только в непосредственной близости от электроподстанции. Поэтому самые распространённые ПКС – 4,5 или 6 кА. Автоматы с ПКС 10 кА применяются в основном в промышленных сетях.

Четвертый параметр, характеризующий АВ, — это ток уставки (уставка) теплового расцепителя. Этот параметр для различных автоматов составляет от 1,13 до 1,45 от номинального тока. Мы отмечали, что при прохождении номинального тока гарантируется длительная работа цепи с АВ.

Уставка теплового расцепителя больше номинала, именно достижение реальным током величины уставки вызовет отключение автомата. Следует отметить, что в автоматах советского периода предусмотрена ручная регулировка уставки тепловой защиты (рис. 5). Доступ к регулировочному винту в автоматах, устанавливаемых на ДИН-рейку невозможен.

Пятый параметр автоматического выключателя – ток уставки электромагнитного расцепителя. Этот параметр определяет кратность превышения номинального тока, при которой АВ сработает практически мгновенно, среагировав на короткое замыкание.

Важная характеристика автомата – это зависимость времени срабатывания от тока (рис. 6). Эта зависимость состоит из двух зон. Первая – зона ответственности тепловой защиты. Особенность её – постепенное уменьшение времени прохождения тока до расцепления. Это понятно – чем больше ток, тем быстрее нагревается биметаллическая пластина и размыкается контакт.

При очень большом токе (коротком замыкании) практически мгновенно (за 5 – 20 мс) срабатывает электромагнитный расцепитель. Эта вторая зона на нашем графике.

По уставке электромагнитного расцепителя все автоматы подразделяются на несколько типов:

• A Преимущественно для защиты электронных схем и цепей большой протяжённости;
• B Для обычных осветительных цепей;
• C Для цепей с умеренными пусковыми токами (двигатели н трансформаторы бытовых приборов);
• D Для цепей с большой индуктивной нагрузкой, для промышленных электродвигателей;
• K Для индуктивных нагрузок;
• Z Для электронных устройств.

Наиболее распространены – B, C и D.

Характеристика В – используется для сетей общего назначения, особенно там, где необходимо обеспечить селективность защиты. Электромагнитный расцепитель настроен на срабатывание при кратности тока по отношению к номиналу от 3 до 5.

При подключении чисто активных нагрузок (лампочек накаливания, обогревателей…) пусковые токи практически равны рабочим. Однако при подключении электродвигателей (даже холодильников и пылесосов) пусковые токи могут быть значительными и вызвать ложное срабатывание автомата с рассматриваемой характеристикой.

Наиболее распространены автоматы с характеристикой С. Они достаточно чувствительны, и в то же время не дают ложных срабатываний при пуске двигателей бытовой техники. Такой выключатель срабатывает при 5-10 кратном превышении номинального значения. Такие автоматы считаются универсальными и применяются всюду, включая промышленные объекты.

Характеристика D – это уставка электромагнитного расцепителя на 10 – 14 номиналов по току. Обычно такие значения нужны при использовании асинхронных двигателей. Как правило автоматы с характеристикой D используются в трёх- или четырёхполюсном исполнении для защиты промышленных сетей.

При совместном использовании автоматических выключателей нужно иметь представление о таком понятии, как селективная защита. Построение селективной защиты обеспечивает срабатывание автоматов, находящихся ближе к месту аварии, при этом более мощные автоматы, расположенные ближе к источнику напряжения, срабатывать не должны. Для этого более чувствительные и быстродействующие автоматы устанавливаются ближе к потребителям.

infoelectrik.ru

Назначение

Прежде всего, разберемся с тем, что такое автоматический выключатель (АВ). Автомат представляет собой защитный аппарат, отключающий электроэнергию на определенном участке проводки по следующим причинам:

• возникновение короткого замыкания;
• перегрузка сети;
• скачки напряжения.

Помимо этого данное устройство может использоваться для того, чтобы «снять» напряжение на определенном участке электропроводки путем оперативного отключения (мероприятие проводиться крайне редко). Простыми словами, назначение автоматического выключателя заключается в защите электроприборов при выходе проводки из строя.

Что касается области применения автоматов, она возможна как в бытовых условиях (защита домов и квартир), так и на промышленных предприятиях. Автоматические выключатели применяются во всех сферах электроэнергетики.

К вашему вниманию видео урок, в котором находиться полное объяснение того, что такое автоматический выключатель и какой у него принцип действия:

Конструкция

На сегодняшний день существует множество различных изделий для отключения тока в сети. Каждый из аппаратов имеет свою специфическую конструкцию, поэтому в данной статье мы рассмотрим пример с модульным автоматом.

Итак, устройство автоматического выключателя состоит из четырех основных частей:

• Система контактов (подвижный и неподвижный). Подвижный контакт соединен с рычагом управления, а неподвижный установлен в самом корпусе. Отключение электроэнергии происходит путем выталкивания подвижного контакта пружиной, после чего размыкается сеть.
• Тепловой (электромагнитный) расцепитель. Элемент, с помощью которого и размыкаются контакты. Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, которая изгибаясь, размыкает контакты. Изгибание происходит вследствие нагревания током (если его значение превышает номинальное). Такое расцепление происходит при повышенных нагрузках на линию электропередач. Действие магнитного расцепителя является мгновенным, вследствие возникновения короткого замыкания. Сверхток провоцирует движение сердечника соленоида, который приводит в действие механизм расцепления контактов.
• Система дугогашения. Данная часть автомата представлена двумя пластинами из металла, которые нейтрализуют электрическую дугу. Последняя возникает тогда, когда осуществляется разрыв цепи.
• Механизм управления. Для ручного отключения используется специальный механический рычаг либо кнопка (в других типах АВ).

Также предоставляем к Вашему вниманию более подробную конструкцию автоматического выключателя:

В данном видео примере наглядно предоставлена конструкция и принцип действия автомата:

Технические характеристики

Любой автоматический выключатель имеет свои индивидуальные характеристики, по которым мы и осуществляем выбор подходящей модели.

Основными техническими характеристиками автоматического выключателя являются:

• Номинальное напряжение (Uн). Данная величина устанавливается производителем и указывается на передней панели аппарата.
• Номинальный ток (Iн). Также устанавливается заводом и представляет собой максимальное значение тока, при котором защита не будет срабатывать.
• Номинальный рабочий ток расцепителя (Ipн). При увеличении тока в сети до значений 1,05*Iрн либо 1,2*Iрн некоторое время срабатывание не будет происходить. Данная величина обязательно должна быть ниже номинального тока.
• Время срабатывания при коротком замыкании (КЗ). При возникновении КЗ автомат выключается после определенного времени прохождения данного тока через аппарат (время срабатывания). Также устанавливается заводом изготовителем.
• Предельная коммутационная способность автоматического выключателя. Значение проходящих токов короткого замыкания, при которых устройство еще может нормально функционировать.
• Уставка по току срабатывания. При превышении данного значения аппарат моментально срабатывает и разъединяет цепь. Тут изделия делятся на 3 типа: B, C, D. Первый тип используется при монтаже длинной линии электропередач, диапазон срабатывания 3-5 номинальный рабочих токов расцепителя (Iрн). Устройство типа С работает в диапазоне 5-10 значений и используется в осветительных цепях. Тип D применяют для защиты трансформаторов и электродвигателей. Его диапазон работы составляет от 10 до 20 Iрн.

samelectrik.ru

Как работает автоматический выключатель?

В режиме штатной работы через автомат протекает ток, меньший или равный номинальному значению. Питающее напряжение от внешней сети подается на верхнюю клемму, соединенную с неподвижным контактом. С неподвижного контакта ток поступает на замкнутый с ним подвижный контакт, а от него, через гибкий медный проводник – на катушку соленоида. После соленоида ток подается на тепловой расцепитель и уже после него – на нижнюю клемму, с подключенной к ней сетью нагрузки.

В аварийных режимах автоматический выключатель отключает защищаемую цепь за счет срабатывания механизма свободного расцепления, приводимого в действие тепловым или электромагнитным расцепителем. Причиной такого срабатывания является перегрузка или короткое замыкание.

Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, состоящая из двух слоев сплавов с различными коэффициентами термического расширения. При прохождении электрического тока пластина нагревается и изгибается в сторону слоя с меньшим коэффициентом термического расширения. При превышении заданного значения силы тока, изгиб пластины достигает величины, достаточной для приведения в действие механизма расцепления, и цепь размыкается, отсекая защищаемую нагрузку.

Электромагнитный расцепитель состоит из соленоида с подвижным стальным сердечником, удерживаемым пружиной. При превышении заданного значения тока, по закону электромагнитной индукции в катушке наводится электромагнитное поле, под действием которого сердечник втягивается внутрь катушки соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и вызывает срабатывание механизма расцепления. В нормальном режиме работы в катушке также наводится магнитное поле, но его силы недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины и втянуть сердечник.

Как работает автомат в режиме перегрузки

Режим перегрузки возникает, когда ток в подключенной к автомату цепи превышает номинальное значение, на которое рассчитан автоматический выключатель. При этом повышенный ток, проходящий через тепловой расцепитель, вызывает повышение температуры биметаллической пластины и, соответственно, увеличение ее изгиба вплоть до срабатывания механизма расцепления. Автомат отключается и размыкает цепь.

Срабатывание тепловой защиты не происходит мгновенно, поскольку на разогрев биметаллической пластины потребуется некоторое время. Это время может варьироваться в зависимости от величины превышения номинального значения тока от нескольких секунд до часа.

Такая задержка позволяет избежать отключения питания при случайных и непродолжительных повышениях тока в цепи (например, при включении электродвигателей которые имеют большие пусковые токи).

Минимальное значение тока, при котором должен сработать тепловой расцепитель, устанавливается при помощи регулировочного винта на заводе-изготовителе. Обычно это значение в 1,13-1,45 раз превышает номинал, указанный на маркировке автомата.

На величину тока, при котором сработает тепловая защита, влияет и температура окружающей среды. В жарком помещении биметаллическая пластина прогреется и изогнется до срабатывания при меньшем токе. А в помещениях с низкими температурами ток, при котором сработает тепловой расцепитель, может оказаться выше допустимого.

Причиной перегрузки сети является подключение к ней потребителей, суммарная мощность которых превышает расчетную мощность защищаемой сети. Одновременное включение различных видов мощной бытовой техники (кондиционер, электрическая плита, стиральная и посудомоечная машина, утюг, электрочайник и т.д.) – вполне может привести к срабатыванию теплового расцепителя.

В этом случае определитесь, какие из потребителей можно отключить. И не спешите снова включать автомат. Вы все равно не сможете взвести его в рабочее положение, пока он не остынет, а биметаллическая пластина расцепителя не вернется в свое исходное состояние. Теперь вы знаете как работает автоматический выключатель при перегрузках

Как работает автомат в режиме короткого замыкания

В случае короткого замыкания принцип работы автоматического выключателя иной. При коротком замыкании ток в цепи резко и многократно возрастает до значений, способных расплавить проводку, а точнее изоляцию электропроводки. Для того чтобы предотвратить такое развитие событий необходимо мгновенно разорвать цепь. Электромагнитный расцепитель именно так и срабатывает.

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник, удерживаемый в фиксированном положении пружиной.

Многократное возрастание тока в обмотке соленоида, происходящее при коротком замыкании в цепи, приводит к пропорциональному возрастанию магнитного потока, под действием которого сердечник втягивается в катушку соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и нажимает на спусковую планку механизма расцепления. Силовые контакты автомата размыкаются, прерывая питание аварийного участка цепи.

Таким образом, срабатывание электромагнитного расцепителя защищает от возгорания и разрушения электропроводку, замкнувший электроприбор и сам автомат. Время его срабатывания составляет порядка 0,02 секунды, и электропроводка не успевает разогреться до опасных температур.

В момент размыкания силовых контактов автомата, когда по ним проходит большой ток, между ними возникает электрическая дуга, температура которой может достигать 3000 градусов.

Чтобы защитить контакты и другие детали автомата от разрушительного воздействия этой дуги, в конструкции автомата предусмотрена дугогасительная камера. Дугогасительная камера представляет собой решетку из набора металлических пластин, которые изолированы друг от друга.

Дуга возникает в месте размыкания контакта, а затем один ее конец движется вместе с подвижным контактом, а второй скользит сначала по неподвижному контакту, а потом по соединенному с ним проводнику, ведущему к задней стенке дугогасительной камеры.

Там она делится (дробится) на пластинах дугогасительной камеры, слабеет и гаснет. В нижней части автомата предусмотрены специальные отверстия для отвода газов, образующихся при горении дуги.

В случае отключения автомата при срабатывании электромагнитного расцепителя, вы не сможете пользоваться электричеством до тех пор пока не найдете и не устраните причину короткого замыкания. Вероятнее всего причина в неисправности одного из потребителей.

Отключите все потребители и попробуйте включить автомат. Если вам это удалось и автомат не выбивает, значит, действительно – виноват один из потребителей и вам осталось выяснить какой именно. Если же автомат и с отключенными потребителями снова выбивает, значит все гораздо сложнее, и мы имеем дело с пробоем изоляции проводки. Придется искать, где это произошло.

Вот таков принцип работы автоматического выключателя в условиях различных аварийных ситуаций.

Если отключение автоматического выключателя стало для вас постоянной проблемой, не пытайтесь решить ее установкой автомата с большим номинальным током.

Автоматы устанавливаются с учетом сечения вашей проводки, и, значит, больший ток в вашей сети просто не допускается. Найти решение проблемы можно только после полного обследования системы электроснабжения вашего жилища профессионалами.

• 1) Характеристики автоматических выключателей
• 2) Как устроен автоматический выключатель

electricvdome.ru