В статье вы узнаете про устройство и принцип работы Такие средства защиты от короткого замыкания и перегрузок на сегодняшний день можно встретить в каждом доме и на производстве. Ушли в небытие так называемые пробки, которые, по сути, выполнены по такой же схеме, как и автоматические выключатели. И даже принцип действия у них схож, вот только использовать не очень удобно - на дин-рейку такую пробку не поставить.
А что уж говорить о плавких вставках - предохранителях, в которых при коротком замыкании перегорает тонкий провод. Такие можно встретить разве что в И то в них используются плавкие вставки, которые наполнены песком. В слаботочных цепях, если так можно выразиться, применяются исключительно автоматические выключатели. Типы и устройство будет рассмотрено в статье. И начнем с описания работы автоматов, которые используются чаще всего в быту.
Штатный режим работы
Итак, давайте рассмотрим устройство и принцип действия автоматического выключателя. У него имеется несколько режимов работы, каждый будет рассмотрен отдельно. В штатном режиме через автоматический выключатель течет ток, который меньше номинального или равен ему. При этом напряжение питания поступает на верхнюю клемму, которая соединена с неподвижным контактом. С последнего ток идет к подвижному контакту, затем по гибкому медному проводнику на соленоид. Далее ток с соленоида поступает на расцепитель (тепловое реле) и после на клемму, расположенную снизу. Именно она соединяется с потребителями электроэнергии.
Аварийные режимы работы
Принцип работы переменного тока таков, что при аварийной ситуации (перегрузка или короткое замыкание) происходит отключение защищаемой цепи. Начинает работать механизм свободного расцепления, он приводится в действие специальным расцепителем (обычно электромагнитные или тепловые используются в конструкциях). Давайте рассмотрим особенности обоих типов расцепителей.
Тепловой - это пластина из биметалла, которая состоит из двух слоев сплавов, у которых разные коэффициенты термического расширения. Когда ток проходит по пластине, происходит ее нагрев и она изгибается в то сторону, на которой находится металл с наименьшим коэффициентом. Когда значение силы тока превышает допустимые значения, изгиб становится таким, что его достаточно для того чтобы привести в действие весь расцепительный механизм. При этом размыкается цепь.
Электромагнитные расцепители состоят из соленоида с сердечником (подвижным), который удерживается пружиной. Когда происходит превышение максимального тока, то в катушке начинает наводиться поле. Под его действием сердечник начинает втягиваться внутрь соленоида, пружина при этом сжимается. В этот же момент начинает срабатывать расцепитель. В штатном режиме в катушке также происходит наведение поля, но у него маленькая сила, ее недостаточно для того, чтобы сжать пружину.
Режим перегрузки
Режим перегрузки - это когда ток, потребляемый подключенной к автомату нагрузкой, становится выше, нежели номинальное значение прибора. При этом ток, который проходит через расцепитель, вызывает нагрев пластины из биметалла, что приводит к увеличению ее изгиба. Это приводит к тому, что срабатывает расцепительный механизм. В этот момент выключается автомат, и цепь размыкается.
Срабатывает не мгновенно, так как для нагрева пластины нужно некоторое время. И оно варьируется в зависимости от того, насколько превышено номинальное значение силы тока. Промежуток времени может колебаться от пары секунд до часа. Задержка позволит избавиться от отключения питания при непродолжительном и случайном повышении тока. Часто такие превышения можно наблюдать при запуске электродвигателя.
Ток срабатывания
Минимальное значение силы тока, при котором обязан срабатывать тепловой расцепитель, регулируется специальным винтом на заводе-изготовителе. Значение примерно в полтора раза выше, нежели номинал, который указывается на корпусе выключателя. Как видите, принцип работы расцепителя не очень сложен. Но на силу тока, при котором происходит срабатывание тепловой защиты, огромное влияние оказывает и то, какая у окружающей среды температура.
Если в помещении жарко, то прогрев и выгибание биметаллической пластины начнут происходить при малом значении тока. А если в помещении холодно, то тепловой расцепитель начнет работать при более высоком токе. Поэтому один и тот же автоматический выключатель с биметаллической пластиной будет работать по-разному зимой и летом. Это к автоматам с электромагнитными расцепителями не относится.
Перегрузка в электроцепи
Стоит отметить, что принцип работы автоматического выключателя постоянного тока примерно такой же, как и аналогичного прибора, работающего на переменном. Суть сводится к тому, что при превышении допустимой нагрузки происходит нагрев пластины и отключение цепи. Что может быть причиной перегрузки? Самая частая причина - это подключение большого числа потребителей, у которых мощность больше, нежели расчетная.
Если вы одновременно подключите к автомату несколько потребителей - электрочайник, холодильник, утюг, стиральную машинку, кондиционер, электроплиту, - то вполне возможно, что сработает расцепитель. Даже если вы используете автоматический выключатель с номинальным током 16 А, он может отключиться. Все зависит от того, какая мощность у потребителей.
Если происходит частое отключение, то нужно решить, от каких электроприборов можно отказаться на время. Стоит ли включать электроплиту и стиралку одновременно? Зная назначение и устройство автоматических выключателей, можно, конечно, установить прибор с большим значением номинального тока. Но здесь стоит ожидать подвоха со стороны электропроводки дома и ввода - выдержат ли они большую нагрузку?
Режим короткого замыкания
А теперь давайте рассмотрим один из «главных» режимов работы - при коротком замыкании. Вы знаете общее устройство и принцип работы автоматического выключателя в режиме перегрузки. Но частный случай - это режим КЗ. Работает автомат несколько иначе. Ток возрастает при этом до бесконечности, изоляция электропроводки может расплавиться. Чтобы не произошло этого, нужно мгновенно произвести размыкание цепи.
Именно от КЗ помогает защититься электромагнитный расцепитель. Чуть ранее мы говорили о том, из каких элементов состоит этот узел автоматического выключателя. Когда ток возрастает в несколько раз, то в обмотке начинает увеличиваться магнитный поток. Под его действием сердечник втягивается, пружина сжимается. При этом происходит нажатие на спусковую планку, которая находится в механизме расцепления. И питание прерывается, так как силовые контакты мгновенно размыкаются.
Электромагнитный расцепитель - это устройство, которое способно защитить от КЗ и возгорания электропроводки. Срабатывает защита буквально за сотые доли секунды, следовательно, проводка не успевает прогреться до опасной температуры.
Размыкание силовых контактов
Нужно отметить, что по силовым контактам течет очень большой ток. И когда они размыкаются, то образуется дуга, у нее очень высокая температура - порядка 3000 градусов. Для защиты контактов и остальных компонентов от разрушений, в конструкцию вносится один небольшой элемент - дугогасительная камера. Это решетка из нескольких металлических пластинок, изолированных друг от друга.
В том месте, в котором размыкаются контакты, появляется дуга. И один ее край начинает двигаться вместе с тем контактом, который расцепляется. А второй край дуги как бы скользит по неподвижному контакту, после чего переходит на проводник, соединенный с ним. Этот проводник соединяется с дугогасительной камерой. Затем дуга начинает дробиться на пластинках, постепенно слабеет, а затем и вовсе гаснет.
Если присмотреться внимательно к автоматическому выключателю ВК-45 (принцип работы его рассмотрен в нашем материале), то можно увидеть, что внизу есть небольшие отверстия, именно через них уходят газы, которые появляются при горении. Если автомат отключился из-за срабатывания электромагнитного расцепителя, то вы не сможете его включить, пока не устраните причину КЗ. Что касается теплового расцепителя, то заново включить автомат можно после остывания биметаллической пластины.
Как работают воздушные выключатели?
Выше мы рассмотрели устройства, которые применяются в быту и на производстве. Но стоит рассмотреть и принцип работы автоматических воздушных выключателей - это совершенно иная категория приборов. Классифицируют их по типу движения воздуха:
- Поперечные.
- Продольные.
Воздушные автоматы могут иметь большое количество разрывов контактов, все зависит от того, на какое напряжение они рассчитаны. Чтобы облегчить гашение дуги, с контактами соединяется сопротивление в качестве шунта.
Дугогасительная камера - это набор перегородок, разбивающих дугу на маленькие составляющие. Именно поэтому дуга не может разгореться и достаточно быстро она тухнет. Высоковольтные выключатели, работающие со сжатым воздухом, отличаются тем, что у них либо есть отделитель, либо нет. Если в конструкции имеется отделитель, то силовые контакты соединяются с поршнями. В итоге получается единый механизм. Отделитель включается последовательно с контактами гасителя дуги.
Отделитель и контакты гасителя дуги - это первый полюс автомата. При подаче сигнала на отключение происходит срабатывание механического пневмоклапана. Он открывает а воздух начинает воздействовать на контакты гасителя дуги. Контакты размыкаются, а дуга при этом тушится при помощи сжатого воздуха. После этого происходит отключение и разделителя. Стоит отметить, что необходимо четко отрегулировать подачу воздуха, чтобы его количества хватило для тушения дуги.
Классификация воздушных автоматов
Все высоковольтные воздушные выключатели можно разделить на несколько групп:
- Сетевые - работают при напряжении свыше 6 кВ, могут использоваться в цепях переменного тока для выключения и включения потребителей в штатных режимах (неаварийных). А также для отключения нагрузки при возникновении короткого замыкания.
- Генераторные - работают в электросетях с напряжением 6-24 кВ для подключения генераторных установок. Могут выдерживать значительные пусковые токи. Имеется режим работы при КЗ.
- Для использования в электротермических установках - у них диапазон напряжений 6-220 кВ. Работают как в штатном, так и в аварийном режимах.
- Автоматы спецназначения - такие приборы выпускаются только под заказ, серийных образцов нет. Их делают с учетом всех особенностей эксплуатации.
Классификация по типу и местоположению механизма нагнетания воздуха:
- Конструкции опорного типа.
- Подвесные.
- Встраиваемые в комплектные распределительные устройства.
- Выкатного типа.
Плюсы и минусы воздушных автоматов
Среди преимуществ можно выделить следующие:
- Используют такие устройства давно, поэтому опыта в их эксплуатации и ремонте предостаточно.
- Более современные приборы (например, элегазовые) не поддаются ремонту.
Но есть и недостатки, например:
- Необходимо иметь дополнительную пневматическую аппаратуру или компрессор.
- При отключении (особенно при аварийном) издает много шума.
- Для установки нужно большое пространство - у прибора довольно большие габариты.
- Нельзя устанавливать в пыльных и влажных помещениях. Поэтому приходится применять дополнительные меры, чтобы уменьшить запыленность и влажность.
Дифференциальный автомат - что это такое?
И напоследок разберемся с принципом работы дифференциального автоматического выключателя. Это устройство для защиты, которое при аварии отключает сразу и ноль, и фазу. В функции прибора входит:
- Слежение за током короткого замыкания, а также отключение цепи при его появлении.
- Отключение цепи при превышении допустимой нагрузки.
- Имеются ли токи утечки. В том случае, если кто-то прикасается к оголенным проводам, происходит утечка тока. Дифференциальный автомат при этом отключается.
По сути, этот прибор совмещает в себе два устройства - простой автоматический выключатель и УЗО. Главный плюс в том, что ваша безопасность и электропроводка всегда под защитой (конечно, если все сделано по правилам). Также можно выделить еще один плюс - нет необходимости в установке УЗО. Кроме того, в щитке прибор занимает немного места. И подключить к электросети прибор не составит труда.
Но есть и недостатки. В частности, на некоторых моделях отсутствуют флажки, поэтому сразу определить причину срабатывания сложно. Второй недостаток - если вышла из строя одна половина прибора, придется менять все устройство полностью. Ремонтировать его нельзя. И самый главный недостаток - это стоимость. Она значительно выше, чем у УЗО и обычного автомата. Поэтому, прежде чем ставить дифференциальные выключатели, решите, нужно ли вам это. Вполне возможно, что проще окажется поставить УЗО и обычный автомат.
Автоматические выключатели – это устройства, задача которых заключается в защите электрической линии от повреждения под воздействием тока большой величины. Это могут быть как сверхтоки короткого замыкания, так и просто мощный поток электронов, в течение достаточно длительного времени проходящий по кабелю и вызывающий его перегрев с дальнейшим оплавлением изоляции. Автомат защиты в этом случае предотвращает негативные последствия, отключая подачу тока в цепь. В дальнейшем, когда ситуация придет в норму, аппарат можно вновь включить вручную.
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.
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:
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.
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.
Автоматические выключатели предназначены для установки в силовых распределительных щитках. Основное их назначение – компенсирование перепадов напряжения, а также отключение определенного участка электрической сети. Автоматы, или сокращенно ВА, предназначены для установки в начале электрической цепи, на входе здания, квартиры, дома.
В настоящее время на рынке представлено достаточно большое разнообразие автоматических выключателей, которые предназначены не только для отсечки токов высокого номинала при скачках напряжения, но и от перегрузки участка электрической цепи, а также от пониженных нагрузок сети. По своему виду все автоматические выключатели делят на:
- селективные;
- нормативные;
- быстродействующие.
Стандартное время отсекания у селективных и нормативных автоматов - в пределах 0,02-0,1 сек. А вот у быстродействующих на порядок выше, и достигает значения - в 0,05 сек.
На всех автоматах имеются крепежные элементы, позволяющие их монтировать в электрические коробки, щитки и т.д., которые оборудованы специальной крепежной планкой в задней части.
Монтаж автоматических выключателей в коробку не сложен. Для этого вам необходимо его прижать задней частью к монтажной планке коробки и немного прижать до характерного щелчка. Если вам необходимо будет автомат снять, то вам необходимо будет потянуть ушко, расположенное сверху автомата.
Принцип работы автоматического выключателя
Механизм автомата и находится внутри пластикового корпуса. Кроме того здесь находятся ещё и предохранительные устройства или расцепители , которых может быть два – электромагнитный и тепловой. Они предназначены для отсечки электрической цепи.
Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластинка, которая, в случае прохождения токов высокого значения, выпрямляется, размыкая электрическую цепь. Это достаточно медленный прерыватель.
Электромагнитный расцепитель представляет собой специальную катушку, которая рассчитана на токи определенного порогового значения. В том случае, если данное значение превысило норму – катушка разрывает электрическую цепь. Благодаря этому свойству – автомат с электромагнитным расцепителем имеет значительно короткое время отсечки.
Уровень чувствительности автоматов
В современных автоматах имеется возможность отключения напряжения в двух вариантах. Первый из них – быстрый. Благодаря электромагнитному расцепителю автомат срабатывает при превышении напряжения более чем на 140% (это пороговое значение для стандартных автоматов). Если превышение напряжения не достигает заданного уровня, то со временем, от перегрева, сработает тепловой расцепитель.
В зависимости от тепловых характеристик самого расцепителя, напряжения, а также температуры окружающей среды – процесс отсечки может длиться и несколько часов.
Полярность автоматических выключателей
Все современные автоматы также делятся и в зависимости от полюсов. Это значит, что автомат может иметь несколько электрических линий, которые будут независимы одна от другой, но объединенные одним отключающим механизмом. В настоящее время автоматы могут иметь 1,2,3,4 полюса.
Пороговая сила тока автоматического выключателя
Автоматические выключатели также делятся и по определенной пороговой чувствительности. Это позволяет отсечь от сети напряжение соответствующей силы тока. Автоматы с номинальным значением изготавливаются и настраиваются на заводе-изготовителе. Значение этого показателя прописывается на самом автомате.
В частном строительстве и быту используют автоматические выключатели с такими значениями силы тока: 3А, 6А, 10А, 16А, 25А, 32А, 40А, 63А, 100А, 160А. Кроме того существуют и автоматические выключатели с повышенными показателями – это 1000А, 2600А, которые не используют в частном строительстве. Это значение показывает нам общую мощность потребителей электрической цепи, которые будут находиться под контролем заданного автомата. Помимо общей мощности приборов также необходимо учитывать и электропроводку электроцепи, розетки, выключатели и т.д.
Типы современных автоматических выключателей
В настоящее время все автоматы делятся производителями на несколько типов, обозначаемых определенными буквами:
А
– предназначен для работы в цепях, имеющих полупроводниковые приборы, а также довольно большой протяженности;
В
– ставятся в цепи системы освещения общего назначения;
С
– устанавливаются в цепях систем освещения, а также и в электроустановках, имеющих умеренные пусковые токи. К таким установкам относят двигатели, трансформаторы.
D
– устанавливаются в цепи активно-индуктивной нагрузки. Кроме того эти автоматы можно ставить и на электродвигатели, имеющие большие пусковые токи.
К
– автоматы, предназначенные для установки в сетях с индуктивными нагрузками.
Z
– обеспечивают защиту электронных приборов.
Предохранитель – это электрический прибор, обеспечивающий защиту электросети от аварийных ситуаций, связанных с выходом текущих параметров (тока, напряжения) за заданные рамки. Простейший предохранитель – плавкая вставка.
Это прибор, включенный в защищаемую цепь последовательно. Как только ток в цепи превышает заданный, проволочка плавится, контакт размыкается, и защищаемый участок цепи таким образом остается неповреждённым. Недостаток такого способа защиты – одноразовость защитного прибора. Сгорел – надо менять.
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.
