Устройство автоматического выключателя

Несмотря на многообразие типов автоматических выключателей (автоматов), многие работают по схожим принципам и построены на базе стандартного набора функциональных элементов. В связи с широким применением автоматов модульного типа (особенно, в бытовых и низковольтных электросетях), изучать работу автоматического выключателя резонно на их примере. В качестве подопытного образца будет выступать недорогого однополюсный автомат марки ДЭК типа ВА-101-1 C3.

Автомат модульного типа внешне представляет собой стандартизированный по габаритам аппарат в пластмассовом корпусе, имеющий две или более входных клемм (в зависимости от количества полюсов) для подключения питания с одной стороны (обычно, сверху) и подсоединения нагрузки с другой (снизу). На передней панели автомата находится рычаг управления, с помощью которого осуществляется включение и отключение автомата (нагрузки) вручную. По бокам корпуса имеются технологические отверстия для установки дополнительных устройств, например, контактов состояния автомата, независимого расцепителя и некоторых других. Сверху автомат имеет отверстия для доступа к регулировочному винту теплового расцепителя и выхода продуктов горения дугового разряда. Монтаж (крепление) модульного автомата в электрошкафу осуществляется на так называемую DIN-рейку — металлический или пластмассовый профиль определенной формы.

Крепление автомата на DIN-Рейку и снятие в неё.

Окна для подсоединений дополнительных устройств к автомату.

Автомат ДЭК. Вид сверху.
1 — отверстие выхода продуктов горения дуги; 2 — отверстие с регулировочным винтом теплового расцепителя.

В электрическую цепь автомат подключается последовательно — в разрыв цепи питания нагрузки (потребителей). Принцип действия автоматического выключателя состоит в контроле силы электрического тока через автомат и, в случае необходимости, разрыве цепи (отключении нагрузки) с той или иной скоростью (задержкой), начиная с момента превышения тока и в зависимости от «серьезности» (кратности) этого превышения.

Схема подключения однополюсного автомата в цепь питания лампы накаливания.

Корпус модульного автомата, в большинстве случаев, неразборный. Для его вскрытия, с целью изучения, потребуется удалить (высверлить и извлечь) все заклепки и разделить корпус на две части. Элементы корпуса выполнены из пластмассы, не поддерживающей горение, с достаточной (расчетной) электроизоляционной способностью. С внутренней стороны полукорпусов имеются пазы и направляющие для установки функциональных элементов автомата.

Процесс вскрытия автомата.

Автоматический выключатель ДЭК внутри.

Автомат полностью разобран.

Устройство автоматического выключателя с подписями его функциональных элементов.

Механизм взвода и расцепления — механическая система из пружин и рычажков, выполняющая две основные функции: удержание контактов в сомкнутом состоянии при штатном режиме работы, и, при возникновении аварийной ситуации, по командам расцепителей или оператора (ручное отключение) быстро отвести подвижный контакт от неподвижного.

Автомат включен, механизм взведен.

Электромагнитный расцепитель представляет собой электромагнит с подвижным сердечником (якорем), который работает как толкатель. Когда ток через обмотку достигает определенного значения, якорь надавливает на рычажок спускового механизма, что приводит к его срабатыванию и отключению нагрузки. Число витков катушки и сечение обмоточной проволоки электромагнита рассчитано так, чтобы срабатывать только при относительно больших превышениях номинального тока автомата (например, при коротком замыкании), а так же чтобы выдерживать такие превышения неоднократно.

Нижняя клемма, катушка электромагнитного расцепителя и биметаллическая пластина соединены сваркой.

Якорь электромагнитного расцепителя в собранном (слева) и разобранном (справа) виде.

При движении якоря вниз в направлении красной стрелки, курок спускового механизма выходит из зацепления (красный кружок).

При движении якоря вниз, он увлекает за собой подвижный контакт, чем помогает механизму расцепления развести контакты.

Тепловой расцепитель — , изгибающаяся в определенную сторону при нагреве в результате прохождения тока через специальный проводник повышенного сопротивления, намотанный поверх неё (биметаллическая пластина косвенного нагрева). При определенном угле изгиба пластины, её кончик надавливает на рычажок спискового механизма — автомат отключается. В отличие от электромагнитного расцепителя, тепловой расцепитель более медлителен и не способен срабатывать за доли секунды, однако, он более точен и поддается тонкой настройке.

При изгибании кончика биметаллической пластины в направлении красной стрелки, курок спускового механизма выходит из зацепления (красный кружок).

Дугогасительная камера , имеющаяся в устройстве автоматического выключателя, обеспечивает быстрое гашение дугового разряда, который может образовываться при размыкании контактов. Она представляет собой набор металлических пластин, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга. Попадая на пластины, дуга разделяется, завлекается внутрь дугогасительной камеры и тухнет. Продукты горения дуги и избыточное давление сбрасываются наружу через специальный канал в корпусе автомата.

Автоматический выключатель устроен и работает по принципу постоянного слежения за силой электрического тока, использует сразу два детектора-расцепителя: электромагнитный и тепловой. Первый обладает высокой скоростью реакции, которая необходима для защиты от быстрорастущих сверхтоков, вторая — точностью и определенной задержкой в срабатывании, что позволяет исключить ложные отключения нагрузки при кратковременном и небольшом превышении силы тока.

Сравнительно мало людей в современном мире могут обходиться без использования электрических приборов. Это касается не только различных производств, но и повседневного быта. Значительно расширяют человеческие возможности и берут на себя рутинную домашнюю работу такие привычные сегодня устройства, как холодильник, пылесос, утюг, стиральная машина и т. д., не говоря уже об осветительных приборах, скрашивающих человечеству темное время суток.

Все это работает благодаря присутствию в жилищах электросети. Но, как известно, она несет в себе и потенциальную угрозу безопасности. Снизить риск причинения ущерба имуществу и урона здоровью помогает внесение в схему подключения сети дома пары дополнительных приборов. Неприятности с внешней части должны сглаживаться автоматом защиты от перенапряжения, в то время как для решения внутридомовых (внутриквартирных) проблем требуется автомат защиты, предохраняющий от известных воздействий.

Работа последнего заключается в свободном пропускании тока. Но это – только при условии нормального функционирования сети. В случае же начала протекания в ней определенных процессов, он проявляет свое защитное свойство. Обесточивание электросети происходит в следующих ситуациях:

Короткое замыкание.
Достижение предельной нагрузки.
Возникновение тока утечки.

При последнем отключение возможно лишь при наличии современного оборудования – УЗО или дифавтомата. Впрочем, теперь это не такая уж редкость. Помимо перечисленных обстоятельств, при наличии которых исправный прибор обеспечивает отключение сети автоматически, обычно существует возможность ручного размыкания ее пользователем (например, для безопасного выполнения ремонтных работ, внесения изменений в схему подключения и т. п.).

Классификация

Обратив взор на витрины магазинов электротоваров, можно наблюдать великое множество разновидностей рассматриваемых приборов. Все защитные устройства сети по ключевым отличиям условно подразделяются на несколько групп. Это:

Изделия однократного применения (плавкие предохранители), выполняющие функцию защиты от коротких замыканий и перегрузок путем «самоуничтожения»;
Приборы, обеспечивающие защиту от коротких замыканий и перегрузок, но уже многоразового использования (электромеханические);
Лишь с недавних пор вносимые в схему подключения домашних сетей изделия, реагирующие на ток утечки (так называемые УЗО);
Дифференциальные автовыключатели (дифавтоматы), представляющие собой автомат защиты с интегрированным УЗО.

Постепенно на смену когда-то широко применявшимся плавким предохранителям пришли (по крайней мере, в жилых домах) электромеханические защитники сетей. До недавнего времени эти последние оставались основными приборами, используемыми в данной области. Такие изделия классифицируются по многим конструктивным особенностям в соответствии с ГОСТ 9098–78 (см. таблицу).

Показатель, характеристика	Значение, описание
1 Назначение	1.1 Защита при перегрузках и коротких замыканиях, а также нечастые (от 6 до 30 в сутки) оперативные включения и отключения электрических цепей (кроме пуска и защиты электродвигателей)
1 Назначение	1.2 Пуск, защита и отключение электродвигателей
2 Род тока главной цепи	2.1 Постоянный
	2.2 Переменный
	2.3 Постоянный и переменный
3 Число полюсов главной цепи	3.1 Один
	3.2 Два
	3.3 Три
	3.4 Четыре
4 Наличие токоограничения	4.1 С токоограничением
4 Наличие токоограничения	4.2 Без токоограничения
5 Виды расцепителей	5.1 Максимальный расцепитель тока
	5.2 Независимый расцепитель
	5.3 Минимальный или нулевой расцепитель напряжения
6 Характеристика выдержки времени максимальных расцепителей тока	6.1 Отсутствие выдержки времени
	6.2 Выдержка времени, независимая от тока
	6.3 Выдержка времени, обратно зависимая от тока
	6.4 Выдержка времени, сочетающая указанные характеристики
7 Наличие свободных контактов	7.1 С контактами
7 Наличие свободных контактов	7.2 Без контактов
8 Способ присоединения внешних проводников	8.1 Заднее
	8.2 Переднее
	8.3 Комбинированное
	8.4 Универсальное
9 Вид привода	9.1 Ручной
9 Вид привода	9.2 Двигательный
10 Степень защиты оболочки	Согласно ГОСТ 14255–69. Предпочтительные степени: IP00, IP20, IP30, IP54
11 Способ установки	11.1 Стационарный
	11.2 Выдвижной

Подобный прибор хорошо защитит вашу электросеть от случайного или преднамеренного короткого замыкания, а также от перегрузки, если вы, к примеру, решите запитать через одну розетку одновременно утюг, холодильник и стиральную машину.

Однако, в определенных обстоятельствах он бессилен. Скажем, если вследствие повреждения изоляции вашей любимой стиральной машины часть тока начнет «утекать» на ее корпус, и при прикосновении к нему вас станет немного «потряхивать», данный защитный прибор не сработает.

Предупреждая такие случаи, производители более-менее сложных бытовых электрических устройств помещают соответствующие предостережения и требования к схеме подключения в эксплуатационных документах. В частности, в инструкции к любой стиральной машине (если вести речь о достаточно современных экземплярах) сказано о недопустимости ее использования без защитного заземления, об обязательности организации электропитания от отдельной линии, оснащенной УЗО (либо оборудования специальной розетки с автоматом защиты) и т. п.

Отсюда становится понятно, что схема подключения домашней сети, кроме устройств предохранения ее самой от перегрузки и короткого замыкания, должна включать оберегающие человека от поражения током и предотвращающие угрозу пожара из-за нарушения изоляции приборы. Таковыми являются: УЗО, устанавливаемое в дополнение к защитному автомату, и дифференциальный выключатель (дифавтомат).

При расчете схемы подключения конкретной сети, упомянутые приборы подбираются по нескольким количественным характеристикам. ГОСТ Р 50345–2010 устанавливает правила маркирования данных изделий, ряды стандартных значений основных показателей, конструктивные и многие др. требования. Из интересных для потребителя характеристик можно выделить следующие:

номинальный ток;
ток мгновенного расцепления;
дифференциальный ток отключения (для УЗО и дифавтоматов).

Номинальный ток определяет допустимую нагрузку на электропроводку, превышения которой требуется избегать. При выборе прибора по этому показателю должны учитываться два момента. Во-первых, следует рассчитать суммарный ток всех устройств-потребителей на данной линии. К примеру, если от нее будут запитываться посудомоечная и стиральная машины, на 10 А каждая, и кофе-машина на 2 А, то общая нагрузка составит 22 А. Во-вторых, для собственно электропроводки также существует ограничение по току, за превышением которого последует перегревание кабелей.

Значение номинального тока защитного автомата, с одной стороны, должно быть не менее тока суммарной нагрузки, а с другой – не более, чем способны выдержать применяемые провода. Как итог, в нашем случае с кофе-, посудомоечной и стиральной машинами подходящим будет являться устройство на 25 А.

Из сказанного можно заключить, что подбор защитных автоматов и сечений соединительных проводов для схемы подключения конкретного дома (или квартиры) следует вести совместно. Здесь принято дробление на группы, представляющие собой параллельно запитанные от вводного щита линии. Одна из них может охватывать все устройства освещения, другая – розетки в гостиной, третья – кухонное оборудование (посудомоечную машину, кофемолку, СВЧ-печь), четвертая – устройства в ванной (фен, электробритву, стиральную машину) и т. д.

Таким образом, при условии правильного подбора сечения проводов и защитного устройства (где-то достаточно простого автомата, где-то обязательно наличие дифференциального) на каждую ветвь, достигается их сбалансированность и надежность системы электроснабжения в целом.

По току мгновенного расцепления все защитное оборудование делится на типы A…D (в СНГ – без A). Каждая буква подразумевает определенное соотношение между действующим током в сети и номинальным, при котором прибор срабатывает на отключение. Эти кратности таковы:

A – 2–3;
B – 3–5;
C – 5–10;
D – 10–20.

Применительно к бытовым электроприборам подходящими являются автоматы типов B (устройства освещения и обогрева) и C (изделия с электродвигателями).

Принцип работы

Разобраться с устройством рассматриваемых приборов удобнее всего на примере дифавтомата. Как отмечалось, его отличием от остальных является предохранение и от коротких замыканий, и от перегрузок, и от тока утечки. Т. е. это автомат защиты, вобравший в себя все актуальные для современной сети функции.

Внешне дифференциальный автовыключатель ничем не примечателен: корпус из диэлектрика с защелкой для монтажа на DIN-рейку. Прибор, предназначенный для бытового применения (220 В), выпускается двухполюсным. Он имеет две пары клемм (сверху и снизу) для подсоединения фазного и нулевого проводов от централизованного (локального) источника питания и таких же, но идущих к нагрузке, соответственно. Промышленный вариант (380 В) выпускается четырехполюсным (три фазы и ноль).

Схема дифавтомата включает последовательно соединенные:

Автоматический выключатель.
Блок дифференциальной защиты.

Первый, в свою очередь, также имеет в составе два элемента. Один из них – тепловой расцепитель. Он обеспечивает защиту от перегрузки. Другой – электромагнитный расцепитель. Последний срабатывает в случае короткого замыкания.

Если чуть глубже вникнуть в конструкцию, то суть такова:

При достижении определенной нагрузки температура биметаллической пластины повышается до уровня, вызывающего ее деформацию. Сохранение такого положения в течение нескольких секунд задействует расцепляющий механизм, который обесточивает сеть;
Короткое замыкание вызывает резкое повышение тока, отчего соленоид за доли секунды воздействует на расцепляющий механизм через сердечник.

Электрическая дуга нейтрализуется специально для этого предназначенной гасительной камерой.

Блоком дифзащиты является дифференциальный трансформатор. Через одну из двух его обмоток пропускаются сетевые проводники. Роль второй – регулирующая. Пока в сети все в порядке, токи, текущие в фазном и нулевом проводниках, равны. Результирующий магнитный поток в обмотке – нулевой. При появлении «утечки» баланс смещается: через фазный провод начинает протекать больший ток.

Результирующий магнитный поток в обмотке также становится отличным от нуля. В свою очередь, это приводит к появлению тока уже в регулирующей обмотке. При достижении им порогового значения (оно обычно маркируется на корпусе прибора, как и др. основные характеристики) задействуется механизм расцепления.

Некоторые изготовители оснащают дифавтоматы специальными индикаторами, чтобы пользователь мог точно установить причину срабатывания защиты. При отсутствии же таковых нельзя определить, что именно не в порядке (произошло короткое замыкание, перегрузка или утечка). Проверка работоспособности дифференциального блока может осуществляться нажатием специальной кнопки для тестирования. Это искусственно создает «утечку», на которую реагирует автомат в случае исправности.

Предохраняя свою домашнюю электросеть от известных стихийных бедствий, обязательно оснастите ее автоматом защиты от перепадов напряжения. Но не забудьте и про угрозы, таящиеся внутри нее самой. Комплексная защита прибавит вам уверенности в безопасности собственной и своего имущества.

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.

В электропроводке квартиры или дома обязательно имеется элемент, который называется автоматическим выключателем, или, чаще, автоматом.

Такой прибор предназначен для автоматической защиты электрической сети от неприятностей, которые могут возникнуть при перегрузке или коротком замыкании. Кроме того, с его помощью можно вручную включать и выключать электрическую цепь.

Существует много различных конструкций автоматов, которые предназначены для защиты электросетей как индивидуальных квартир или домов, так и промышленных предприятий или торговых залов.

Автоматические выключатели определяются номинальным током и группой. В зависимости от этих характеристик автоматы защиты делятся на 3 группы – В, С и D. В бытовых электросетях обычно используются устройства типа С, в которых ток мгновенного выключения лежит в пределах от 5 до 10 значений номинального тока. Далее будут рассмотрены автоматы типа С модульного вида.

В состав автомата защиты от короткого замыкания входят и перегрузки электросети следующие блоки:

корпус;
механизм управления;
устройство коммутации;
расцепители;
дугогасительная камера.

Корпус устройства представляет собой пластмассовую коробку, размеры которой стандартизированы. На передней стороне имеется рычаг для включения и выключения автомата, сзади имеется защелка для крепления на DIN-планке, а сверху и снизу – клеммы для подключения проводов.

Одной из отличительных характеристик электрического автомата есть механизм управления, который предназначен для ручного включения и выключения. Он состоит из рукоятки или кнопок.

Устройство коммутации – это набор силовых и вспомогательных контактов. Эти контакты могут быть подвижными или неподвижными.

Расцепители — устройства, предназначенные для размыкания электроцепи в случае, если ток в цепи превышает заданные значения. В автомате имеются электромагнитный и тепловой расцепители. Электромагнитный — это катушка индуктивности с металлическим сердечником, связанным системой рычагов с подвижным силовым контактом автомата. В тепловом — используется биметаллическая пластина, которая под действием протекающего по ней тока изгибается и через рычаги воздействует на подвижной контакт автомата.

Перед эксплуатацией устройства необходимо сделать проверку действия расцепителей автоматических выключателей.

Для ослабления воздействия дуги, которая возникает при размыкании силовых контактов, в автомате предусмотрена специальная камера, состоящая из металлических пластин. Электрическая дуга, попадающая в эту камеру, разбивается пластинами на несколько частей и гасится.

Принцип работы автомата при перегрузке

При включении в цепь питания слишком большого числа потребителей электроэнергии в цепи может появиться ток, величина которого может превышать максимальную для данной электросети величину. На практике это может возникнуть, например, когда в квартире включаются стиральная машина, утюг, чайник, бойлер, и другие мощные потребители электроэнергии.

В случае, когда фактический ток цепи превышает номинальный у автомата, в последнем срабатывает тепловой расцепитель.

Состоящая из двух слоев металлов биметаллическая пластина при прохождении через нее тока нагревается. Под действием тепла эта пластина изгибается, воздействует на подвижный контакт автомата и размыкает цепь.

Перед тем, необходимо определиться с нагрузкой и типом проводки, для которой устанавливается защита. В результате этого обозначается требуемая полюсность автомата.

Правильную установку автоматического выключателя нужно делать согласно соответствующих схем подключения. О нюансах этого процесса можно прочитать .

Величина тока срабатывания теплового расцеплителя обычно больше номинального тока автоматического выключателя на 13-45%. Эта величина может меняться с помощью регулировочного винта при заводской регулировке в довольно широких пределах. Временная задержка выключения автомата при перегрузке необходима для того, чтобы не было лишних отключений при непродолжительном увеличении тока, что, например, бывает при пуске .

Действие устройства при коротком замыкании цепи

При появлении в цепи короткого замыкания происходит быстрое и резкое увеличение тока во всей сети, в том числе — в катушке электромагнитного расцепителя. Под действием резко возросшего электромагнитного поля происходит втягивание сердечника внутрь катушки. Находящийся на сердечнике рычаг воздействует на подвижный силовой контакт, отключает его от неподвижного контакта и размыкает электрическую цепь.

Воздействие токов короткого замыкания может пагубно сказаться на состоянии подключенных приборов, проводки и даже вызвать пожар. Для уменьшения воздействия таких токов время срабатывания расцепителя должно быть минимальным. Современные автоматы при воздействии токов короткого замыкания срабатывают за время не более 0,02 секунды.

Повторное включение автомата — что необходимо сделать?

При срабатывании автомата из-за перегрузки повторное включение цепи возможно только после остывания биметаллической пластины. В этом случае перед тем, как повторно включить автоматический выключатель, необходимо проанализировать нагрузку цепи и постараться ее уменьшить путем отключения лишних приборов.блока питания на 12 Вольт, который можно купить или собрать самостоятельно. Как с помощью LED освещения украсить свой автомобиль — .

Выводы:

Для защиты электрической цепи от перегрузки и короткого замыкания применяется автоматический выключатель.
В автомате размыкание цепи при перегрузке тепловым расцепителем осуществляется с временной задержкой, а при коротком замыкании — электромагнитным расцепителем мгновенно.
Перед повторным включением после срабатывания автомата по перегрузке необходимо уменьшить число потребителей.
Перед повторным включением после срабатывания автомата по короткому замыканию необходимо вначале устранить причину короткого замыкания.

Источник: hi-electric.com

Для электромонтёра коммутационная аппаратура является одним из основных устройств, с которыми приходится работать. Автоматические выключатели несут как коммутационную, так и защитную роль. Ни один современный электрощит не обходится без автоматов. В этой статье мы рассмотрим, как устроен и работает автоматический выключатель.

Определение

Автоматический выключатель — это коммутационный прибор, предназначенный для защиты кабелей от критических значений токов. Это нужно для того, чтобы избежать повреждений токопроводящих жил проводов и кабелей в случае межфазных замыканий и замыканий на землю.

Важно: Основная задача автоматического выключателя — защитить кабельную линию от последствий протекания токов короткого замыкания.

Основными характеристиками автоматических выключателей являются:

Номинальный ток (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300);
Напряжение коммутации;
Время токовая характеристика.

Наибольшее распространение автоматы получили в бытовых и промышленных электросетях с напряжением 220/380 вольт. Напряжения приведены для отечественных электросетей. За рубежом они могут отличаться. В высоковольтных линиях используются релейные схемы и трансформаторы тока. Время-токовая характеристика отражает, через какой промежуток времени и при какой величине тока относительно номинального произойдет размыкание его контактов. Пример её изображен на рисунке ниже:

Принцип работы

Автоматический выключатель (АВ) — это коммутационный аппарат, который содержит два вида защиты:

Электромагнитный расцепитель.
Тепловой расцепитель.

Каждый из них выполняет одну и ту же работу — размыкание силовых контактов, но при разных условиях. Рассмотрим их подробнее.

При протекании токов через автомат ниже номинального его контакты будут замкнуты бесконечно долго. Но при незначительном превышении тока тепловой расцепитель, представленный биметаллической пластиной, разомкнет их.

Чем больше ток, протекающий через контакты автоматичсекого выключателя, тем быстрее произойдет нагрев биметаллической пластины — это описывается во время токовой характеристике и обозначается быстродействием автомата (буква около номинального тока в маркировке). В зависимости от того насколько перегружен по току автомат зависит время его отключения, это могут быть и десятки минут, а могут быть и единицы секунд.

Электромагнитный расцепитель срабатывает при быстром росте тока. Величина тока его срабатывания на порядки превышает номинальный ток.

Отсюда возникает вопрос: «Так зачем же автомату две защиты, если можно просто сконструировать его так, чтобы он выключался сразу при превышении номинального тока?»

Ответа на этот вопрос два:

1. Наличие двух защит увеличивает надежность системы в целом.

2. При подключении к автоматическому выключателю устройств ток, у которых изменяется в процессе пуска и работы, чтобы не происходило ложных срабатываний. Например, у электродвигателей пусковой ток может в десятки раз превышать номинальный, а также при их работе могут возникать кратковременные перегрузки на валу (допустим, токарный станок). Тогда при затяжном пуске будет также выбивать автомат.

Устройство

Автоматический выключатель состоит из:

Корпуса (на рисунке – 6).
Клемм для подключения токопроводящих жил (на рисунке – 2).
Силовых контактов (на рисунке – 3, 4).
Дугогасительной камеры (на рисунке – 8).
Рычагов соединенных с кнопками или флажками для его включения и отключения (замыкания и размыкания контактов) (на рисунке – 1 и то, с чем он соединен).
Теплового разъединителя (на рисунке – 5).
Электромагнитного разъединителя (на рисунке – 7).

Цифрой 9 обозначена защелка для крепления на дин-рейку.

К клеммам (обычно верхним, на практике не имеет особого значения) подключается питания, к клеммам на противоположной стороне подключается нагрузка. Ток проходит через силовые контакты, катушку электромагнитного разъединителя, тепловой разъединитель.

Электромагнитная защита выполнена в виде катушки из медного провода, она намотана на каркасе, внутри которого расположен подвижный сердечник. Катушке содержит от нескольких единиц до пары десятков витков, в зависимости от её номинального тока. При этом, чем меньше номинальный ток, тем больше витков и меньше сечение провода катушки.

При протекании тока через катушку вокруг неё образуется магнитное поле, которое воздействует на подвижный сердечник внутри. В результате чего он выдвигается и толкает рычаг, в результате чего силовые контакты размыкаются. Если смотреть на рисунке – то рычаг находится ниже катушки, и когда её сердечник опускается – механизм приводится в действие.

Тепловая защита нужна для длительных превышений тока. Она представляет собой биметаллическую пластину, которая при нагреве изгибается в одну из сторон. При достижении критического состояния она толкает рычаг, и контакты разъединяются. Дугогасительная камера нужна для гашения дуги, которая возникает вследствие размыкания цепи под нагрузкой.

Процесс дугообразования зависит от характера нагрузки и её величины. При этом при отключении индуктивной нагрузки (электродвигатель) возникают более сильные дуги, чем при коммутации активной нагрузки. Газы, образовавшиеся в результате её горения, отводятся через специальный канал. Это в разы повышает срок службы силовых контактов.

Дугогасительная камера состоит из набора металлических пластин и диэлектрических крышек. Заключение Раньше автоматические выключатели ремонтировали, и можно было собрать из нескольких один нормально функционирующий. Была возможность отрегулировать и заменить силовые контакты и другие его узлы.

В настоящее время автоматы заключены в неразборный литой или собранный с помощью заклепок корпус. Их ремонт нецелесообразен, сложен и займет много времени. Поэтому автоматы просто заменяют новыми.

Алексей Бартош

Источник: electrik.info

Классификация автоматических выключателей

Автомат практически моментально отключает вверенную ему линию, что исключает повреждение проводки и питающейся от сети техники. После выполненного отключения ветку можно сразу же вновь запустить, не производя замену предохранительного прибора.

Обычно автоматические выключатели выбирают по четырем ключевым параметрам – номинальной отключающей способности, количеству полюсов, время-токовой характеристике, номинальному рабочему току.

По номинальной отключающей способности

Данная характеристика указывает на допустимый ток короткого замыкания (КЗ), при котором выключатель сработает и, разомкнув цепь, обесточит проводку и приборы, подключенные к ней.

По данному параметру разделяют три вида автоматов – 4.5 кА, 6 кА, 10 кА.

Автоматы на 4.5 кА (4500 А) обычно используются для для исключения повреждения силовых линий частных жилых объектов. Сопротивление проводки от подстанции до места КЗ составляет примерно 0.05 Ом, что дает предельный ток около 500 А.
Устройства на 6 кА (6000 А) применяются для защиты от КЗ жилого сектора, общественных мест, где сопротивление линий может достигать 0.04 Ома, что повышает вероятность получить замыкание до 5,5 кА.
Выключатели на 10 кА (10000 А) используются для защиты электроустановок промышленного назначения. Ток до 10000 А может возникнуть в короткой электроцепи, располагающейся близко к подстанции.

Перед выбором оптимальной модификации выключателя важно понять, возможны ли токи КЗ, превышающие 4.5 кА или 6 кА?

Выключение автомата происходит при КЗ заданных значений. Чаще всего для бытовых нужд применяют выключатели модификации 6000 А.

Модели 4500 А для защиты современных электросетей практически не используются, а в некоторых странах их запрещено эксплуатировать.

Если вас интересует как правильно грамотно перевести Амперы в Ватты, рекомендуем ознакомиться с материалом, изложенным в следующей статье.

Работа автоматического выключателя заключается в защите проводки (а не оборудования и пользователей) от КЗ и от оплавления изоляции при прохождении токов выше номинальных значений.

По количеству полюсов

Данная характеристика указывает на максимально возможное количество проводов, которые можно подключить к АВ для защиты сети.

Их отключение происходит при возникновении аварийной ситуации (во время превышения допустимых показателей тока или превышения уровня время-токовой кривой).

Данная характеристика указывает на максимально возможное количество проводов, которые можно подключить к АВ для защиты сети. Их отключение происходит при возникновении аварийной ситуации (во время превышения допустимых показателей тока или превышения уровня время-токовой кривой).

Особенности однополюсных автоматов

Выключатель однополюсного типа является самой простой модификацией автомата. Он предназначен для защиты отдельных цепей, а также однофазной, двухфазной, трехфазной электропроводки. К конструкции выключателя возможно подключить 2 провода – провод питания и отходящий.

В функции устройства данного класса входит лишь защита провода от возгорания. Сама нейтраль проводки помещается на нулевую шину, тем самым обходя автомат, а провод заземления подключается в шине заземления отдельно.

Однополюсный автомат не выполняет функции вводного, поскольку при его вынужденном отключении происходит разрыв линии фазы, а нейтраль соединена с источником напряжения, что не дает 100% гарантию защиты.

Характеристики двухполюсных выключателей

Когда необходимо полное отключение сети электропроводки от напряжения, применяют двухполюсный автомат.

Он применяется в качестве вводного, когда во время КЗ или сбоя работы сети вся электропроводка обесточивается одновременно. Это позволяет проводить своевременные работы по ремонту, модернизации цепей абсолютно безопасно.

Применяют двухполюсные автоматы в случаях, если необходим отдельный выключатель для однофазного электроприбора, например, водонагревателя, бойлера, станка.

Подсоединяют автомат к защищаемому устройству с использованием 4 проводов, два из которых являются проводами питания (один из них непосредственно подключается к сети, а второй подает питание перемычкой) и два — отходящих провода, которые требуют защиты, причем они могут быть 1-, 2-, 3-проводными.

Трехполюсная модификации автоматических выключателей

Для защиты трехфазной 3- или 4-проводной сети используют трехполюсные автоматы. Они подходят для подключения по типу звезды (средний провод оставляют без защиты, а фазные подключают к полюсам) или треугольника (с отсутствующим центральным проводом).

При аварии на одной из линий самостоятельно отключаются остальные две.

Трехполюсный выключатель служит в качестве вводного и общего для любых типов трехфазных нагрузок. Часто модификацию используют в промышленности для обеспечения током электродвигателей.

К модели подключается до 6 проводов, 3 из них представлены фазными проводами трехфазной электросети. Оставшиеся 3 являются защищаемыми. Они представляют три однофазные или одну трехфазную проводку.

Применение четырехфазного автомата

Для защиты трех-, четырехфазной электросети, например, мощного двигателя, подключенного по принципу звезды, используется четырехфазный автомат. Его применяют в качестве вводного выключателя на трехфазную четырехпроводную сеть.

К корпусу автомата возможно подключить восемь проводов, из них четыре являются фазными проводами электросети (из них один нейтральный) и четыре представлены отходящими проводами (3 фазными и 1 нейтральным).

По время-токовой характеристике

АВ могут обладать одинаковым показателем номинальной мощности нагрузки, но характеристики потребления электроэнергии приборами могут быть разными.

Потребляемая мощность может поступать неравномерно, меняться в зависимости от вида и нагрузки, а также при включении, выключении или постоянной работе того или иного устройства.

Колебания потребляемой мощности могут быть довольно значительными, а диапазон их изменений – широким. Это ведет к выключению автомата в связи с превышением номинального тока, что считается ложным отключением сети.

Чтобы исключить вероятность нецелесообразного срабатывания предохранителя при не аварийных стандартных изменениях (повышения силы тока, изменения мощности) используют автоматы с определенными время-токовыми характеристиками (ВТХ).

Это позволяет эксплуатировать выключатели с одинаковыми токовыми параметрами с произвольными допустимыми нагрузками без ложных отключений.

ВТХ показывают, через какое время выключатель сработает и какие показатели отношения силы тока и постоянного тока автомата при этом будут.

Особенности автоматов с характеристикой B

Автомат с указанной характеристикой выключается за время 5-20 секунд. Показатель тока составляет при этом 3-5 номинальных токов автомата. Данные модификации применяются для защиты цепей, подпитывающих бытовые стандартные приборы.

Чаще всего модель используется для защиты проводки квартир, частных домов.

Характеристика C – принципы работы

Автомат с номенклатурным обозначением С отключается за время 1-10 секунд при 5-10 номинальных токов.

Используют выключатели данной группы во всех сферах — в быту, строительстве, промышленности, но наиболее востребованы они области электрозащиты квартир, домов, жилых помещений.

Эксплуатация выключателей с характеристикой D

Автоматы D-класса применяются в промышленности и представлены трехполюсными и четырехполюсными модификациями. Их используют для защиты мощных электродвигателей и различных 3-фазных устройств.

Время срабатывания АВ – 1-10 секунд при токе, кратном 10-14, что позволяет эффективно его применять для защиты различных проводок.

Мощные промышленные двигатели работают исключительно с АВ с характеристикой D.

Возможно вам также будет интересно ознакомиться с маркировкой автоматических выключателей в другой нашей статье.

По номинальному рабочему току

Всего существует 12 модификаций автоматов, отличающихся по показателю номинального рабочего тока – 1А, 2А, 3А, 6А, 10А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А. Параметр отвечает за скорость срабатывания автомата при превышении действующего тока над номиналом.

Выбор выключателя по указанной характеристике производят с учетом мощности электропроводки, допустимому току, который может выдержать проводка в нормальном режиме. Если значение тока неизвестно, его определяют с помощью формул, используя данные сечения провода, его материала и способа прокладки.

Автоматы 1А, 2А, 3А применяют для защиты цепей с малыми токами. Они подойдут для обеспечения электричеством небольшого количества приборов, например, лампы или люстры, маломощного холодильника и других устройств, суммарная мощность которых не превышает возможности автомата.

Выключатель 3А эффективно эксплуатируется в промышленности, если осуществить его трехфазное подключение по типу треугольника.

Выключатели 6А, 10А, 16А допустимо использовать для обеспечения электричеством отдельных электроцепей, небольших комнат или квартир.

Данные модели используются в промышленности, с их помощью снабжают питанием электродвигатели, соленоиды, нагреватели, сварочные автоматы, подключенные отдельной линией.

Трех-, четырехполюсные автоматы 16А используют в качестве вводных при трехфазной схеме питания. В производстве отдают предпочтение приборам с D-кривой.

Автоматы 20А, 25А, 32А используют для защиты проводки современных квартир, они способны обеспечить электричеством стиральные машины, обогреватели, электросушилки и прочую технику с высокой мощностью. Модель 25А используют в качестве вводного автомата.

Выключатели 40А, 50А, 63А относятся к классу приборов с высокой мощностью. Они используются для обеспечения электричеством силового оборудование большой мощности в быту, промышленности, гражданском строительстве.

Выбор и расчет автоматических выключателей

Зная характеристики АВ, можно определить, какой автомат подойдет для той или иной цели. Но перед выбором оптимальной модели необходимо произвести некоторые расчеты, с помощью которых можно точно определить параметры нужного устройства.

Шаг #1 – определение мощности автомата

При выборе автомата важно учитывать суммарную мощность подключаемых приборов.

Например, необходим автомат для подключения кухонных приборов к электропитанию. Допустим, к розетке будет подключаться кофеварка (1000 Вт), холодильник (500 Вт), духовка (2000 Вт), СВЧ-печь (2000 Вт), электрочайник (1000 Вт). Суммарная мощность будет равна 1000+500+2000+2000+1000=6500 (Вт) или 6,5 кВ.

Если посмотреть на таблицу автоматов по мощности подключения, учесть, что стандартное напряжение проводки в бытовых условиях составляет 220 В, то для эксплуатации подойдет однополюсный или двухполюсный автомат 32А с суммарной мощностью 7 кВт.

Следует учесть, что может потребоваться большая мощность потребления, поскольку в процессе эксплуатации может потребоваться подключение других электроприборов, которые изначально не были учтены. Чтобы предусмотреть эту ситуацию, в расчетах суммарного потребления используют повышающий коэффициент.

Допустим, за счет добавления дополнительного электрооборудования, потребовалось увеличение мощности на 1,5 кВт. Тогда необходимо взять коэффициент 1.5 и умножить его на полученную расчетную мощность.

В расчетах иногда целесообразно использовать коэффициент понижения. Его применяют тогда, когда одновременное использование нескольких приборов является невозможным.

Допустим, суммарная мощность проводки для кухни составила 3.1 кВт. Тогда понижающий коэффициент равен 1, поскольку учитывается минимальное количество приборов, подключенных одновременно.

Если один из приборов невозможно подключить с другими, то понижающий коэффициент берут меньшим единицы.

Шаг #2 – расчет номинальной мощности автомата

Номинальная мощность – это та мощность, при которой отключение проводки не происходит.

Она рассчитывается по формуле:

M = N * CT * cos(φ),

Где

M – мощность (Ватт);
N – напряжение электросети (Вольт);
СТ – сила тока, способная пройти через автомат (Ампер);
cos(φ) – значение косинуса угла, принимающего значение угла сдвига между фазами и напряжения.

Значение косинуса обычно равно 1, поскольку сдвига между фазами тока и напряжения практически нет.

Из формулы выражаем СТ:

CT = M/N,

Мощность у нас уже определена, а напряжение сети обычно 220 Вольт.

Если суммарная мощность равна 3.1 кВт, то:

CT = 3100/220 = 14.

Получаемый ток будет равен 14 А.

Для расчета при трехфазной нагрузке используют ту же формулу, но учитывают угловые сдвиги, которые могут достигать больших значений. Обычно на подключаемом оборудовании они указаны.

Шаг #3 – вычисление номинального тока

Вычислить номинальный ток можно по документации на электропроводку, но если ее нет, то определяют исходя из особенностей проводника.

Для расчетов необходимы следующие данные:

площадь сечения проводника;
используемый для жил материал (медь или алюминий);
способ прокладки.

В бытовых условиях обычно проводка располагается в стене.

Сделав необходимые измерения, вычисляем площадь сечения:

S = 0,785 * D * D,

Где

D – это диаметр проводника (мм);
S – площадь сечения проводника (мм²).

Далее используем нижеприведенную таблицу.

С учетом полученных данных подбираем рабочий ток автомата, а также его номинал. Он должен быть равным или меньшим рабочего тока. В некоторых случаях допускается использование автоматов с номиналом, превышающим действующий ток проводки.

Шаг #4 – определение время-токовой характеристики

Чтобы верно определить ВТХ, необходимо учитывать пусковые токи подключаемых нагрузок.

Нужные данные можно узнать, используя нижеприведенную таблицу.

По данным таблицы можно определить силу тока (в Амперах) при включении прибора, а также период, через который предельных ток будет возникать снова.

Например, если взять электрическую мясорубку, мощность которой составляет 1,5 кВт, вычислить для нее рабочий ток из таблиц (это будет 6,81 А) и, учитывая кратность стартового тока (до 7 раз) получим значение тока 6,81*7=48 (А).

Ток данной силы протекает с периодичностью 1-3 секунды. Учитывая графики ВТК для класса B, можно увидеть, что при перегрузке автоматический выключатель сработает в первые секунды после запуска мясорубки.

Очевидно, что кратность данного прибора соответствует классу С, поэтому автомат с характеристикой С необходимо использовать для обеспечения работы электрической мясорубки.

Для бытовых нужд обычно используют выключатели, отвечающие характеристикам В, С. В промышленности для оборудования с большими кратными токами (двигателей, блоков питания и др.) создается ток вплоть до 10-кратного, поэтому целесообразно применять D-модификации устройства.

Однако следует учитывать мощность таких приборов, а также продолжительность пускового тока.

Автономные автоматизированные выключатели отличаются от обычных тем, что их устанавливают в отдельных распределительных щитах.

В функции устройства входит защита цепи от непредвиденных скачков напряжения, отключения электроэнергии на всем или определенном участке сети.

Выводы и полезное видео по теме

Выбор АВ по токовой характеристике и пример расчета тока рассмотрены в следующем видеоролике:

Расчет номинального тока АВ продемонстрирован в следующем видео:

Автоматы монтируют на входе дома или квартиры. Они располагаются в пластиковых прочных боксах. Присутствие АВ в схеме домашней электросети – залог безопасности. Приборы позволяют своевременно отключив электролинию, если параметры сети превышают заданный порог.

Учитывая основные характеристики автоматических выключателей, а также произведя верные расчеты, можно сделать правильный выбор этого устройства и его установку.

Если вы обладаете знаниями или опытом выполнения электромонтажных работ, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте ваши комментарии о выборе автоматического выключателя и нюансах его установки в комментариях ниже.

Источник: sovet-ingenera.com

Виды выключателей

Автоматический выключатель – это токопроводящий агрегат, который монтируется на линии электропередач и другие магистрали, а также в потребляющие приборы для отключения и блокировки работы во время возникновения короткого замыкания, перегрузок и других аварийных ситуаций. Данные устройства относятся к коммутационной технике и, благодаря своим техническим характеристикам, отлично справляются с поставленными задачами, поэтому часто применяются на линиях электропередачи высокого и среднего напряжения.

Существует несколько видов выключателей, которые можно разделить по условиям эксплуатации на следующие типы:

Низковольтный автоматический выключатель – используется на магистралях и энергоустановках напряжением до 1000 Вольт. Чаще всего это бытовые линии, которые используются в жилых помещениях или на мелком производстве;
Высоковольтные агрегаты. Основным отличием таких изделий является их способность проводить большие токи с минимальной сопротивляемостью и потерями, к тому же коэффициент их срабатывания намного выше: там, где обычный автомат отключит питание уже на минимальной перегрузке, высоковольтный аппарат продолжит работу до момента возникновения предела работы.

Это общая классификация автоматического выключателя, в каждом из указанных пунктов имеются свои устройства, различающиеся друг от друга по многим параметрам. По своему устройству и комплектации агрегаты защиты бывают трех видов.

В первую очередь, это тип, в состав которого входят модульные конструкции. В данном случае автоматика выполнена в виде изделия в пластиковом корпусе, со специальным крепежным узлом на задней стенке, благодаря чему может устанавливаться на металлическую рейку внутри электрического щитка. В состав такого устройства входит медная катушка, реагирующая на перегрузки или повышение температуры в сети, рычаг управления, искрогасящий элемент и клеммы для подключения проводника.

Благодаря надежности и простоте устройства, модульный агрегат может эксплуатироваться в любых условиях, в том числе при низких температурах. В случае возникновения аварийной ситуации в автомате возникает тепловая или токовая отсечка, которая отключает электричество на выходном проводнике. Получается, что на впуске ток есть, а на выпуске он отсутствует, до момента, пока рычаг управления не возвратить в верхнее положение.

Второй вариант исполнения – это автомат в литом корпусе. В данном случае агрегаты способны проводить ток, который в несколько раз выше, чем в модульных конструкциях, в некоторых приборах он может достигать 3,2 килоампера. Чаще всего такие агрегаты используются на промышленных объектах, когда есть необходимость осуществить передачу тока с высоким напряжением. Обычный автомат в таких условиях будет работать под постоянной нагрузкой, что приведет к постоянному срабатыванию или перегреву прибора. Такое оборудование имеет трех или четырех полюсное исполнение корпуса, в зависимости от решаемой задачи.

Третьим видом силовых установок безопасности являются воздушные выключатели. Данный тип агрегатов предназначен для монтажа на высоковольтные линии, трансформаторы тока или сверхмощные электродвигатели. Технический диапазон работы подобных автоматов достигает показателя до 6300 ампер, поэтому их часто используют на магистралях с очень высоким напряжением. Принцип работы подобного автоматического выключателя заключается в обеспечении двойного разрыва сети на входе и выходе автомата. Для этого агрегат оборудован дугогасящими камерами и решетками с двух сторон. В конструкцию прибора входит коммутационная катушка, замыкающая пружина, привод для ее взвода, а также автоматика для управления всей детали.

Расцепитель

Данная деталь имеется в каждом автомате, она отвечает за механическое отсоединение вводного проводника от кабеля, несущего напряжение на потребителя. В зависимости от принципа срабатывания, расцепитель бывает механический, тепловой или магнитный. В механической детали все действия осуществляются автоматикой, в зависимости от высоты напряжения и силы расширения пластины и пружин. Тепловой агрегат срабатывает в момент повышения температуры на концах кабеля и производит отключение питания. Последний тип расцепителя оборудован электромагнитом, который при повышении напряжения до определенной высоты активизируется и размыкает контакт.

Приборы для сверхвысокой нагрузки

Автоматика, предназначенная для работы на высоковольтной линии, имеет сложное устройство, несколько другие алгоритмы срабатывания при аварийной ситуации. Такие изделия относятся к профессиональной технике, поэтому их монтаж должен осуществляться только квалифицированным персоналом, имеющим лицензию на работу и прошедшим инструктаж по правилам техники безопасности на энергоустановках в соответствии с нормативами технадзора. К подобным автоматам предъявляются повышенные требования безопасности, скорости срабатывания, уровня защиты, удобства в обслуживании и бесшумности в работе.

Нагрузка, которая возникает на проводнике во время отключения питания автоматом, сопровождается возникновением большой дуги, которая, если ее не гасить, может вызвать возгорание. Поэтому в состав защитного устройства входят специальные элементы, исполняющие функции буфера для поглощения разряда тока. Также в конструкцию автоматического выключателя, рассчитанного на работу при повышенном напряжении, входят следующие детали:

Контактная система, чаще всего изолированная от основного корпуса керамическими или стеклянными проставками;
Токоведущие части или проводники;
Изолированный корпус. Если это металл, то он располагается на некотором расстоянии от основной конструкции и обязательно с заземляющим стержнем;
Приводной механизм. В отличие от обычного низковольтного автомата, в данном случае рычаг управления расположен на наружном корпусе, и при опускании его вниз контакты прибора в щите отключают питание на входном проводнике. Многие современные агрегаты оборудуются сервоприводами с дистанционным управлением, которые приводятся в действие с пульта оператора.

Таким образом, можно сделать вывод, что автомат, рассчитанный на работу при повышенной нагрузке, имеет более сложное устройство и несколько уровней защиты от перегрузок в сети, его использование может обеспечить работу сразу нескольких распределительных станций или понижающих трансформаторов.

Все перечисленные выше агрегаты относятся к устройствам, предназначенным к эксплуатации на магистралях с переменным током. Это тип напряжения, который при транспортировке по проводникам имеет низкий коэффициент сопротивления и поглощения, но для работы многих бытовых и промышленных приборов нужно постоянное электричество. Чтобы преобразовать первый тип тока в постоянный, нужен трансформатор и инвертор, которые устанавливаются в узлах распределения энергии и снабжаются автоматическими выключателями для среднего напряжения до 1000 Вольт.

Зачем нужен автомат

Основным направлением, в котором используются данные агрегаты, является обеспечение безопасности на электроустановках и предотвращение возникновения пожара от короткого замыкания. На основании исполнения указанной функции автомат должен сработать во время повышения тока или перегрузки на проводниках, например, в обмотке электродвигателя. Такой прибор рассчитан на высокие показатели и при недостаточном напряжении не прерывает сеть путем размыкания контактов.

Также существует отдельная категория изделий, тип срабатывания которых основан на реакции катушки и пластины на сверхнизкое электричество. Поэтому данный тип устройств еще называют двух диапазонным, так как деталь может отключить питание и при завышенном напряжении, и при его недостатке. Чаще всего такой автомат используется на линиях, к которым подключены чувствительные к перепаду тока двигатели, чтобы в момент просадки обмотка на катушках не перегрелась, а привод не вышел из строя.

Автомат для постоянного тока

В отдельную классификацию можно выделить тип устройств, которые используются для работы на постоянном токе. Они имеют схожие с указанными выше автоматами устройство и конструкцию, а также процесс срабатывания. Такие агрегаты подразделяются на приборы, работающие в магистралях до 1000 Вольт и свыше этого норматива.

На электрических линиях номиналом от 1000 Вольт чаще всего используются гибридные установки, которые включают в себя множество элементов с несколькими уровнями защиты от короткого замыкания, дублирующие друг друга. В большинстве случаев это крупные промышленные объекты в области металлургии, двигатели электропоездов и троллейбусов. В состав такого выключателя входят две параллельные линии:

Элегазовая ветка;
Вакуумный элемент.

Благодаря новейшим разработкам ученых и конструкторов, скорость срабатывания такого автомата исчисляется долями секунд. На вводной контакт вакуумного прибора подключается напряжение, а на выходном элегазовом – снимается, управление осуществляется по оптоволоконному кабелю специально разработанным автоматизированным процессором.

Процесс монтажа

Любой монтаж должен осуществляться в соответствии с проектом, который разрабатывается на основании технического задания и технических характеристик будущей линии.

Установка или замена отработанного автомата осуществляется согласно следующему алгоритму действий:

Отключение питания всей магистрали. Если меняется вводной автомат, то обесточить нужно всю линию до ближайшего трансформатора. На исполнителе работ должны быть надеты резиновые перчатки и другие средства индивидуальной защиты;
Проверяется отсутствие напряжения, это можно сделать, используя мультиметр или индикатор;
Откручивается фиксирующий болт на клеммах сверху и снизу, затем провода вынимаются из посадочного места расцепителя и отводятся в сторону;
На нижней плоскости автомата имеется специальная пластина, которая оборудована пружиной. Для снятия автомата нужно плоской отверткой отжать ее от корпуса и снять агрегат с рейки;
На посадочное место устанавливается новый автомат, его подсоединение осуществляется в обратном порядке. Если это многопрофильный выключатель, то фиксировать провода необходимо по порядку от несущего ток кабеля к потребляющему.

Чаще всего, монтаж автомата осуществляется в металлический или пластиковый щиток, который крепится к наружной или внутренней стене здания путем скрытой или наружной посадки.

Таким образом, можно сделать вывод, что для обеспечения безопасной эксплуатации электроустановок, бытовых или промышленных приборов обязательно нужен автоматический выключатель, так как он в случае аварийной ситуации сможет самостоятельно отключить питание всех помещений и агрегатов.

Источник: amperof.ru

Функции автоматического выключателя

Защитные устройства предназначены для выполнения следующих основных задач:

Коммутация электроцепи (возможность отключения защищаемого участка при возникновении неполадок с питанием).
Обесточивание вверенной цепи при возникновении в ней токов КЗ.
Защита линии от перегрузок при прохождении сквозь аппарат тока чрезмерной величины (такое бывает, когда суммарная мощность приборов превышает максимально допустимую).

Говоря кратко, АВ одновременно осуществляют защитную и управляющую функцию.

Основные типы выключателей

Существует три основных вида АВ, отличающихся друг от друга по конструктивному исполнению и предназначенные для работы с нагрузками разной величины:

Модульный. Он получил свое название из-за стандартной ширины, кратной 1,75 см. Рассчитан на токи небольшой величины и устанавливается в сетях бытового электроснабжения, для дома или квартиры. Как правило, это однополюсный автомат или двухполюсный.
Литой. Называется так из-за литого корпуса. Может выдерживать до 1000 Ампер и используется преимущественно в промышленных сетях.
Воздушные. Предназначен для работы с токами величиной до 6300 Ампер. Чаще всего это трехполюсный автомат, однако сейчас выпускают аппараты этого типа и с четырьмя полюсами.

Автомат защитный однофазный представляет собой автоматический выключатель, который наиболее распространен в бытовых сетях. Он бывает 1- и 2-х полюсным. В первом случае к аппарату подключается только фазная жила, а во втором – еще и нулевая.

Кроме перечисленных видов, существуют также устройства защитного отключения, обозначаемые аббревиатурой УЗО, и дифференциальные автоматы.

Первые нельзя считать полноценными АВ, их задача заключается не в защите цепи и включенных в нее приборов, а в предотвращении удара электрическим током при касании человеком открытого участка. Дифференциальный защитный автомат представляет собой объединенные в одном устройстве АВ и УЗО.

Как устроены автоматы защиты?

Рассмотрим подробно устройство автоматического выключателя. Корпус автомата выполнен из диэлектрического материала. Он состоит из двух частей, которые соединены между собой заклепками. Если необходимо разобрать корпусную часть, заклепки высверливаются, и открывается доступ к внутренним элементам защитного автомата. К ним относятся:

Винтовые клеммы.
Гибкие проводники.
Рукоятка управления.
Подвижный и неподвижный контакт.
Электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником.
Тепловой расцепитель, в состав которого входит биметаллическая пластина и регулировочный винт.
Газоотводное отверстие.
Дугогасительная камера.

С задней стороны автоматический защитный предохранитель оборудован специальным фиксатором, с помощью которого он крепится на DIN-рейке.

Последняя представляет собой рейку из металла, имеющую ширину 3,5 см, на которую крепятся модульные устройства, а также некоторые виды электрических счетчиков. Чтобы присоединить автомат к рейке, корпус защитного устройства следует завести за ее верхнюю часть, после чего защелкнуть фиксатор, надавив на нижнюю часть аппарата. Снять автомат защиты с DIN-рейки можно, подцепив защелку снизу.

Фиксатор модульного выключателя может быть очень тугим. Чтобы прикрепить такое устройство к DIN-рейке, нужно заранее подцепить защелку снизу и завести защитное устройство на место крепежа, после чего отпустить фиксирующий элемент.

Можно сделать проще – при защелкивании фиксатора сильно нажать на его нижнюю часть отверткой.

Наглядно, зачем нужен автоматический выключатель, на видео:

Принцип действия автоматического выключателя

Теперь разберемся, как работает автомат защиты сети. Подключение его осуществляется подъемом вверх рукоятки управления. Чтобы отключить АВ от сети, рычаг опускают вниз.

Когда автомат защитный электрический функционирует в обычном режиме, то электрический ток при поднятой вверх рукоятке управления поступает к аппарату через подсоединенный к верхней клемме кабель питания. Поток электронов идет к неподвижному контакту, а от него – к подвижному.

Затем по гибкому проводнику ток поступает на соленоид электромагнитного расцепителя. С него по второму гибкому проводнику электричество идет к биметаллической пластине, входящей в тепловой расцепитель. Пройдя по пластине, поток электронов через нижнюю клемму уходит в подключенную сеть.

Особенности работы теплового расцепителя

При превышении током цепи, в которой установлен автомат защиты, номинала устройства возникает перегрузка. Поток электронов высокой мощности, проходя через биметаллическую пластину, оказывает на нее термическое воздействие, делая более мягкой и заставляя выгнуться в сторону отключающего элемента. При вступлении последнего в контакт с пластиной происходит срабатывание автомата, и подача тока в цепь прекращается. Таким образом, тепловая защита позволяет не допустить чрезмерного нагревания проводника, которое может привести к расплавлению изоляционного слоя и выходу проводки из строя.

Нагревание биметаллической пластины до такой степени, чтобы она изогнулась и вызвала срабатывание АВ, происходит в течение определенного времени. Оно зависит от того, насколько величина тока превышает номинал автомата, и может занять как несколько секунд, так и час.

Срабатывание теплового расцепителя происходит в случае превышения током цепи номинала автомата как минимум на 13%. После остывания биметаллической пластины и нормализации величины текущего тока защитное устройство можно будет снова включить.

Существует еще один параметр, способный повлиять на срабатывание АВ под воздействием теплового расцепителя – это температура окружающей среды.

Если воздух в помещении, где установлен аппарат, имеет высокую температуру, то пластина нагреется до отключающего предела быстрее, чем обычно, и может сработать даже при незначительном возрастании тока. И наоборот, если в доме холодно, нагревание пластинки будет происходить медленнее, и время до отключения цепи увеличится.

Срабатывание теплового расцепителя, как было сказано, требует определенного времени, в течение которого ток цепи может прийти в норму. Тогда перегрузка исчезнет, и отключения устройства не произойдет. Если же величина электротока не снижается, автомат обесточивает цепь, предотвращая оплавление изоляционного слоя и не допуская возгорания кабеля.

Причиной перегрузки чаще всего становится включение в цепь устройств, суммарная мощность которых превышает расчетную для конкретно взятой линии.

Нюансы электромагнитной защиты

Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты сети от короткого замыкания и по принципу работы отличается от теплового. Под действием сверхтоков КЗ в соленоиде возникает мощное магнитное поле. Оно сдвигает в сторону сердечник катушки, который размыкает силовые контакты защитного устройства, воздействуя на механизм расцепителя. Питание линии прекращается, благодаря чему исчезает опасность возгорания проводки, а также разрушения замкнувшей установки и автоматического выключателя.

Поскольку в случае КЗ в цепи происходит мгновенное возрастание тока до величины, способной за короткое время привести к тяжелым последствия, срабатывание автомата под воздействием электромагнитного расцепителя происходит за сотые доли секунды. Правда, при этом ток должен превысить номинал АВ в 3 и более раза.

Наглядно про автоматические выключатели на видео:

Дугогасительная камера

Когда контакты цепи, через которую протекает электрический ток, размыкаются, между ними возникает электрическая дуга, мощность которой прямо пропорциональна величине сетевого тока. Она оказывает на контакты разрушающее воздействие, поэтому для их защиты в состав устройства входит дугогасительная камера, представляющая собой набор пластинок, установленных параллельно друг другу.

При контакте с пластинами происходит дробление дуги, в результате чего снижается ее температура и происходит затухание. Газы, возникшие при появлении дуги, через специальное отверстие удаляются из корпусной части защитного устройства.

Заключение

В этой статье мы рассказали о том, что такое автоматические выключатели, какими бывают эти устройства и по какому принципу они работают. Напоследок скажем, что защитные автоматы не предназначены для установки в сеть в качестве обычных выключателей. Такое использование достаточно быстро приведет к разрушению контактов аппарата.

Источник: YaElectrik.ru