Принципиальная схема автоматического выключателя. Что такое автоматический выключатель и для чего он нужен? Как устроены автоматы защиты

Автоматический выключатель (автомат) служит для нечастых включений и отключений электрических цепей и защиты электроустановок от перегрузки и коротких замыканий, а также недопустимого снижения напряжения.

По сравнению с автоматический выключатель обеспечивает более эффективную защиту, особенно в трёхфазных цепях, так как в случае, например, короткого замыкания производится отключение всех фаз сети. Предохранители в этом случае, как правило, отключают одну или две фазы, что создаёт неполнофазный режим, который также является аварийным.

(рис. 1) состоит из следующих элементов: корпуса, дугогасительных камер, механизма управления, коммутирующего устройства, расцепителей.

Рис. 1. Автоматический выключатель, серия ВА 04-36 (устройство выключателя): 1- основание, 2- камера дугогасительная, 3, 4-пластины искрогасительные, 5-крышка, 6-пластины. 7-звено, 8-звено, 9-рукоятка, 10-рычаг опорный, 11-защелка, 12- рейка отключающая, 13- пластина термобиметаллическая, 14-расцепитель элетромагнитный, проводник гибкий, 16-токопровод, 17- контактодержатель, 18-контакты подвижные

Для включения автоматического выключателя, находящегося в расцепленном положении (положение «Отключено автоматически»), механизм должен быть взведен путем перемещения рукоятки 9 выключателя в направлении знака «О» до упора. При этом происходит зацепление рычага 10 с защелкой 11, а защелки – с отключающей рейкой 12. Последующее включение осуществляется перемещением рукоятки 9 в направление знака «1» до упора. Провал контактов и контактное сжатие при включении обеспечивается за счет смещения подвижных контактов 18 относительно контактодержателя 17.

Автоматическое отключение автомата происходит при повороте отключающей рейки 12 любым расцепителем независимо от положения рукоятки 9 выключателя. При этом рукоятка занимает промежуточное положение между знаками «О» и «1», указывая, что выключатель отключен автоматически. Дугогасительные камеры 2 установлены в каждом полюсе выключателя и представляют собой деионные решетки, состоящие из ряда стальных пластин 6.

Искрогасители, содержащие искрогасительные пластины 3 и 4, закреплены в крышке 5 выключателя перед отверстиями для выхода газов в каждом полюсе автоматического выключателя. Если в защищаемой цепи, хотя бы одного полюса ток достигает величины равной или превышающей значение уставки по току, срабатывает соответствующий расцепитель и выключатель отключает защищаемую цепь независимо от того, удерживается ли рукоятка во включенном положении или нет. Электромагнитный максимальный расцепитель тока 14 устанавливается в каждом полюсе выключателя. Расцепитель выполняет функцию мгновенной защиты от .

Дугогасительные устройства необходимы в , коммутирующих большие токи, так как возникающая при разрыве тока вызывает подгорание контактов. В автоматических выключателях применяются дугогасительные камеры с деионным гашением дуги. При деионном гашении дуги (рис. 2.) над контактами 1, помещенными внутри дугогасительной камеры 2, располагается решетка из стальных пластин 3. При размыкании контактов образовавшаяся между ними дуга потоком воздуха выдувается вверх, попадает в зону металлической решетки и быстро гасится.

Рис. 2. Устройство дугогасительной камеры автоматического выключателя: 1- контакты, 2- корпус дугогасительной камеры, 3 - пластины.

Схема и основные элементы автоматического выключателя представлены на рисунке 3.

Рис. 3. Устройство автоматического выключателя: 1 - максимальный расцепитель, минимальный расцепитель, независимый расцепитель, 4 - механическая связь с расцепителем, 5- рукоятка ручного включения, 6- электромагнитный привод, 7,8- рычаги механизма свободного расцепления, 9- отключающая пружина, 10- дугогасительная камера, 11- неподвижный контакт, 12- подвижный контакт, 13- защищаемая цепь, 14- гибкая связь, 15- контактный рычагу, 16- тепловой расцепитель, 17- добавочное сопротивление, 18- нагреватель.

Механизм управления предназначен для обеспечения ручного включения и выключения аппарата при помощи кнопок или рукоятки.

Коммутирующее устройство автоматического выключателя состоит из подвижных и неподвижных контактов (силовых и вспомогательных). Пара контактов (подвижный и неподвижный) образуют полюс автоматического выключателя, количество полюсов бывает от 1 до 4. Каждый полюс комплектуется отдельной .

Механизм, который отключает автоматический выключатель при аварийных режимах, называется расцепителем . Различают следующие виды расцепителей:

Электромагнитный максимального тока (для защиты электроустановок от токов короткого замыкания),

Тепловой (для защиты от перегрузок),

Комбинированный, имеющий электромагнитный и тепловой элементы,

Минимального напряжения (для защиты от недопустимого снижения напряжения),

Независимый (для дистанционного управления автоматическим выключателем),

Специальный (для реализации сложных алгоритмов защиты).

Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя представляет собой небольшую катушку с обмоткой из медного изолированного провода и сердечником. Обмотка включается в цепь последовательно с контактами, то есть по ней проходит ток нагрузки.

В случае возникновения короткого замыкания ток в цепи резко возрастает, в результате создаваемое катушкой магнитное поле вызывает перемещение сердечника (втягивание в катушку или выталкивание из неё). Сердечник при перемещении действует на отключающий механизм, который вызывает размыкание силовых контактов автоматического выключателя. Существуют автоматические выключатели с полупроводниковыми расцепителями, реагирующими на максимальный ток.

Тепловой расцепитель автоматического выкючателя представляет собой , изготовленную из двух металлов с различными коэффициентами линейного расширения, жестко соединенных между собой. Пластина не является сплавом металлов, их соединение производится обычно прессованием. Биметаллическая пластина включается в электрическую цепь последовательно с нагрузкой и нагревается электрическим током.

В результате нагрева происходит изгибание пластины в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. В случае возникновения перегрузки, то есть при небольшом (в несколько раз) увеличении тока в цепи по сравнению с номинальным, биметаллическая пластина, изгибаясь, вызывает отключение автоматического выключателя.

Время срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя зависит не только от величины тока, но и от температуры окружающей среды, поэтому в ряде конструкций предусмотрена температурная компенсация, которая обеспечивает корректировку времени срабатывания в соответствии с температурой воздуха.

Независимый расцепитель минимального напряжения по конструкции аналогичны электромагнитному и отличаются от него условиями срабатывания. В частности, независимый расцепитель обеспечивает отключение автомата при подаче напряжения на расцепитель независимо от наличия аварийных режимов.

Указанные расцепители являются дополнительными и могут отсутствовать в конструкции автоматического выключателя. Имеются также выключатели без каких-либо расцепителей, в этом случае они называются выключателями- разъединителями .

В настоящее время распространены автоматические выключатели типов , АЕ10, АЕ20, АЕ20М, ВА04-36, ВА-47, ВА-51, ВА-201, ВА88 и др. Автоматические выключатели АП50Б выпускают на номинальные токи до 63А, АЕ20, АЕ20М – до 160А, ВА-47 и ВА-201 – до 100А, ВА04-36 – до 400 А, ВА88 – до 1600А.

При обеспечении защиты электросети от всевозможных сбоев используются различные приспособления и механизмы. В их числе - автоматизированные выключатели, которые предотвращают серьезные сбои в электрической цепи и сохраняют бытовые приборы от выхода из строя. Чтобы понять принцип действия автоматического выключателя, необходимо разобраться с его устройством и техническими характеристиками.

Основные типы

Внешне элемент представляет собой небольшую конструкцию из термостойкой пластмассы, на лицевой части которой находится специальный переключатель, а в задней - фиксатор-защелка. Сверху и снизу расположены винтовые клеммы. В зависимости от конструктивных особенностей и устройства, автоматические выключатели могут разделяться на следующие типы:

Что касается скорости отключения, то она определяется принципом работы автомата, а также соответствующими условиями для обесточивания конкретного участка. Они создаются электрооборудованием и токоограничивающими элементами.

Принцип действия и устройство

Принцип действия, конструкция и другие особенности автоматического выключателя определяются сферой эксплуатации и задачами, для которых он предназначается. Включение и выключение оборудования осуществляется как ручным образом, так и с помощью специального привода.

Первый вариант запуска имеется в защитных моделях, которые работают с силой тока до 1 тыс. ампер. Их характеризует высокая коммутационная способность, которая никак не зависит от интенсивности движения рукояти. При возникновении аварийной ситуации выключатель самостоятельно отсоединяет цепь, к чему приводит запуск механизма свободного расцепления.

Незаменимым элементом узла является расцепитель. Его задача заключается в контролировании рабочих свойств определенного участка цепи и воздействии при непредвиденных обстоятельствах на выключатель. Кроме этого, расцепитель способен удаленно отключать автомат, что немаловажно при обслуживании сложных и мощных цепей. Существуют такие виды подобных элементов:

Электромагнитные - способны защищать цепь проводки от коротких замыканий.
Термические - препятствуют воздействию интенсивных скачков силы тока.
Смешанные.

Также в продаже имеются полупроводниковые выключатели, которые характеризуются простотой регулировки и стабильными настройками. Их используют в электрических цепях многоквартирных домов и коттеджей.

Если возникает необходимость выполнить соединение цепи при отсутствии подключения к сети, можно обойтись защитными выключателями без расцепителей. На сегодняшний день в продаже доступны сотни моделей и типов выключателей, которые подходят для различной среды эксплуатации и не боятся сверхинтенсивного использования. Отдельные серии выдерживают максимальные нагрузки и не боятся окружающих воздействий.

Выбирая подходящий выключатель автомат, нужно предварительно ознакомиться с документацией, которая поставляется вместе с ним. Это позволит подобрать оптимальный вариант для домашней сети.

Особенности конструкции

Разбираясь с принципом работы «автомата», важно знать об основных компонентах, из которых он состоит. Большинство моделей работает на основе таких узлов:

Система расцепления.
Контактные соединения.
Узел контроля.
Прибор для гашения дуги.
Расцепители.

Контактная система представляет собой соединение статичных и динамичных контактов, которые закрыты в специальном кожуге. Динамичные контакты удерживаются шарнирами на полуоси рукояти. Их задача заключается в осуществлении одинарного отключения участка цепи.

Устройство для погашения дуги располагается в двух полюсах и предназначается для захвата дуги и ее охлаждения. По своей конструкции механизм представляет собой камеру гашения дуги с деионной решеткой из пластинок. Что касается системы расцепления, то это шарнирный компонент на три или четыре звена. С ее помощью осуществляется мгновенное расцепление и выключение контактной системы. Сферы применения затрагивают и ручные устройства, и автоматические.

Задача электромагнитного расцепителя заключается в выключении всей системы при коротком замыкании. По конструкции он представляет собой обычный электромагнит со специальным крюком. У отдельных моделей может присутствовать система гидравлического замедления. Существует еще один тип расцепителей - тепловой. Элемент является небольшой металлической пластинкой, которая деформируется под воздействием повышенного уровня напряжения и запускает процесс отключения.

Полупроводниковые элементы - это измерительный датчик, магнит и блок реле. Магнит воздействует на всю систему, а измерительный датчик состоит из трансформатора для переменного тока или усилителя для постоянного тока.

Большинство моделей защитных приборов оснащены совмещенными расцепителями, которые работают на основе термоэлементов для защиты от повышения силы тока, а также магнитных катушек для предотвращения коротких замыканий.

Защитные конструкции обладают несколькими компонентами, размещенными внутри или снаружи автомата. В их числе всевозможные расцепители и контакты, приводы для удаленного контроля, сигнализационное оборудование и датчики автоматического отключения.

Режимы работы

Находясь в обычном режиме работы, выключатель пропускает ток с той силой, которая соответствует нормальному уровню. Электроэнергия, используемая для функционирования устройства, поступает на верхнюю клемму. В свою очередь, эта клемма взаимодействует со статичным контактом, который передает ток на динамичный контакт, металлический проводник и непосредственно на катушку соленоида.

Оказываясь в этой катушке, электричество начинает проходить по термическому расцепителю, а затем проникать на клемму в нижней части защитного оборудования. При существенном скачке напряжения или повышении риска замыкания выключатель автоматически останавливает работу сети.

Если появляется перегруз цепи, элемент работает по другому принципу. Такое явление замечается при сильном повышении силы тока в конкретном участке, которая превышает допустимое значение в несколько раз. При контакте с тепловым расцепителем этот ток начинает деформировать его, что становится сигналом для отключения автомата.

Такой тип защиты не способен срабатывать моментально, так как процесс деформации пластинки занимает какое-то время и требует достаточного прогревания. Скорость отключения определяется избыточной силой тока в защищаемой зоне и занимает временной промежуток от нескольких секунд до часа. За счет такой задержки лишние отключения автомата из-за минимальных и непродолжительных скачков практически исключаются. В большинстве случаев эти скачки происходят при запуске электроприборов с высоким пусковым током.

Что касается показателей, при которых термический элемент начинает работать, то они регулируются специальной деталью и настраиваются еще во время производства элемента. Оптимальным вариантом является значение, превышающее нормальное число в 1,1−1,5 раза.

Также нужно учитывать тот факт, что в зданиях с повышенной температурой автомат защиты сети может функционировать со сбоями, так как в подобных условиях металлическая пластина поддается деформации гораздо быстрее. В холодной среде все происходит в обратном порядке - выключатель слишком долго не реагирует на скачки напряжения электрического тока.

Реакция на короткое замыкание

Современные выключатели способны обезопасить сеть не только от скачков напряжения и перегруза, но и от частых замыканий. Как известно, подобные происшествия повышают интенсивность тока до той температуры, при которой начинается процесс расплавления изоляции проводки. А ведь подобное происшествие влечет за собой опасные последствия и может привести к пожарной ситуации. Чтобы избежать образования коротких замыканий, нужно вовремя выключить электричество. Именно для этих целей и используется выключатель.

Устройство состоит из катушки соленоида и сердечника, который фиксируется посредством небольшой пружины. При возникновении непредвиденного скачка напряжения начинает расти магнитная индукция. В связи с этим происходит моментальное размыкание контактов, а подача электротока в защищаемый участок приостанавливается. Электромагнитная деталь включается за несколько миллисекунд и препятствует воспламенению изоляции.

При отключении контактов между ними образуется дуга с температурой до 3 тыс. градусов. Естественно, бытовые приборы не способны перенести воздействие такого температурного режима, поэтому защитные автоматы дополнительно оснащают элементом гашения дуги, которые напоминают собой коробку из металлических пластинок.

Если запуск электрооборудования был вызван коротким замыканием, то без устранения причины поломки восстановить электричество не получится. Зачастую проблема случается при повреждении какого-нибудь бытового прибора, поэтому, чтобы вернуть все на свои места, достаточно отсоединить вышедшее из строя устройство от сети, а затем повторно запустить выключатель. При успешном выполнении такой задачи система должна снова заработать. А если этого не произошло, значит, придется обратиться за помощью к специалистам и определить первоначальный источник поломки.

Столкнувшись с проблемой частых отключений защитных элементов, не нужно спешить покупать новый прибор с более высокими показателями силы тока - проблема от этого не исчезнет. Ведь на этапе монтажа выключателей учитывается площадь поперечного сечения провода, поэтому чрезмерно высокий ток не появится в проводке.

Для определения причины поломки и дальнейших действий следует вызвать специалиста, но не пытаться сделать все своими руками. В большинстве случаев самостоятельные действия не дают никаких хороших результатов, а иногда и приводят к плачевным последствиям.

К сожалению, пожарные ситуации возникают слишком часто, и зачастую к ним приводит халатность потребителей, которые не соблюдают основные правила обращения с электроприборами и электричеством в целом. Но намного разумнее предупредить последствия пожара, чем потом горько жалеть о случившемся.

И если в недалеком прошлом защиту от коротких замыканий и перегруза осуществляли классические предохранители из фарфора со сменными вставками, а также пробки, то сегодня это решается с помощью автоматизированного оборудования. Выбирая такой элемент, нужно заранее ознакомиться с его техническими характеристиками и совместимостью с конкретной цепью. Качественный автомат защиты сможет спасти бытовые приборы от повреждения, а жилище от пожарной опасности.

Внутри квартирной проводки наших родителей часто применялись пробки, тонкие проволочные вставки которых просто перегорали от проходящих через них повышенных токов.

На смену им постепенно пришли автоматические выключатели, обладающие бо́льшими техническими возможностями.

Во времена СССР их устанавливали в подъездных распределительных щитах для определенной группы потребителей.

Многие подобные конструкции отличаются высокой надежностью и продолжают безотказно эксплуатироваться уже несколько десятилетий.

Сейчас они претерпели небольшие конструктивные изменения, работают в каждом квартирном щитке, обладают разными функциями, предназначены для отключения конкретных нагрузок. В статье представлен обзор устройств существующих моделей и правила их подбора для индивидуальной проводки.

Назначение

Автоматические выключатели, используемые в быту, создаются для комплексного решения следующих задач:

надежного пропускания тока номинальной нагрузки при длительном режиме эксплуатации;
постоянного выдерживания потенциала напряжения бытовой сети без нарушения ее изоляции;
возможности ручного управления состоянием силового контакта;
автоматического выбора момента возникновения аварии в подключенной схеме;
способности защиты выявлять момент возникновения перегрузки и создавать выдержку необходимого времени безопасной работы, по происшествии которого снимается питание с подключенных потребителей;
автоматической ликвидации токов коротких замыканий с минимально возможным временем.

Бытовые автоматы создаются для работы в однофазной сети 220 или трехфазной 380 В. Среди них встречаются конструкции, предназначенные для эксплуатации в цепях:

постоянного тока;
переменных синусоидальных гармоник 50/60 Гц;
обоих видов напряжения.

Они могут быть выполнены в однолинейном или многофазном исполнении.

Автоматические выключатели в домашней электропроводке могут включаться только вручную нажатием на кнопку, а отключаются двумя способами:

действием человека;
работой встроенных защит.

Защиты автоматического выключателя

Сквозь конструкцию любой модели пропускается ток нагрузки. Его величина постоянно контролируется измерительными органами и анализируется логикой. Защита состоит их двух ступеней:

теплового расцепителя;
электромагнитной отсечки.

Каждая из них может работать самостоятельно вне зависимости от состояния другой.

Как работает тепловой расцепитель

Основной деталью является биметаллическая пластина, через которую постоянно протекает ток фазы, осуществляющий ее нагрев. Температура биметалла зависит от проходящей через него электроэнергии и длительности воздействия.

Биметаллическая пластина используется в качестве защелки отключающего механизма, а ее состояние зависит от стадии нагрева. При достижении критической величины создается изгиб, разрывающий силовой контакт выключателя для снятия питания с потребителей.

После такого отключения подать напряжение нажатием на кнопку включения не получится до тех пор, пока биметалл не остынет, вернувшись в исходное состояние.

Как работает электромагнит отключения

По обмотке катушки протекает ток нагрузки. Если его величина достигает ставки срабатывания, то подвижный якорь резким ударом притягивается к нижнему полюсу, одновременно разрывая силовой контакт выключателя.

Устройство автомата

Типовая конструкция одной из многочисленных моделей в разрезе представлена на рисунке.

На клемму верхнего зажимного устройства подключается приходящий проводник фазы, а к нижнему зажиму - отходящий. Ток при включенном силовом контакте проходит сквозь гибкую верхнюю связь на биметаллическую пластину, управляющую механизмом расцепителя. Далее он поступает через обмотку соленоида на неподвижный силовой контакт, к которому прижимается пружинами подвижный контакт, соединенный нижней гибкой связью с отходящим зажимом.

При разрыве силовой цепи под нагрузкой всегда создается дуга, величина которой зависит от мощности разрываемого потока электроэнергии. Ее потенциал при определенных ситуациях способен выжечь металл на подвижном и стационарном контактах.

Поэтому в конструкцию включено дугогасящее устройство, разделяющее дугу на маленькие потоки, сразу подвергаемые резкому охлаждению. Их путь показан на картинке черными завитушками.

Уставка срабатывания биметалла может регулироваться положением винта в механизме расцепителя, а срабатывание отсечки установлено на заводе.

Пластиковый язычок рукоятки через устройство складывающихся рычагов позволяет коммутировать положение силового контакта вручную.

Времятоковая характеристика защит автомата

Принцип работы защит выключателя в автоматическом режиме демонстрирует график с отображением отношения аварийных токов к номинальному значению I ном по оси абсцисс и продолжительностью отключения по ординатам.

Зона работы теплового расцепителя

При незначительном превышении нагрузки до 1,1 I ном (номинального тока) практически создается режим, когда отключение произойдет только через 10 тысяч секунд или порядка 2,5 часа. Это объясняется тем, что по истечении этого времени подобные токи способны разогреть электрические провода до критического состояния, когда начнутся необратимые процессы в слое изоляции.

До этого момента поддерживается баланс между подводом тепла от проходящей нагрузки по электропроводке и его отводом в окружающую среду.

Таким способом создается резерв нормальной работы потребителей при кратковременном превышении ими номинальной мощности или возникновении переходных процессов, связанных с запуском электродвигателей.

Когда значение перегрузки увеличивается, то время отключения тепловым расцепителем уменьшается, например, при пяти кратах I ном отключение биметаллом произойдет за промежуток от 0,01 до 1 секунды.

Зона работы электромагнита отключения

Если в предыдущей схеме работал принцип обеспечения резерва питания потребителей, то внутри рассматриваемой области он неприемлем. Эта зона предназначена для максимально быстрой ликвидации коротких замыканий, способных совершить аварии в сбалансированной энергосистеме, разрушить оборудование, создать пожар в доме.

Чем больше величина тока КЗ, тем быстрее должна отработать защита. При кратностях аварийных мощностей в 60÷80 раз разрыв цепи силового контакта должен производиться быстрее чем за 10 миллисекунд.

На приведенном графике видно, что у обеих зон имеется общая область, внутри которой защиты резервируют друг друга, а отключение выполняет более быстродействующая.

Технические характеристики автоматических выключателей для домашней проводки

Основными параметрами автоматов являются:

значение номинального тока;
величина напряжения сети;
вариант исполнения времятоковой характеристики;
количество полюсов;
возможности селективности;
предельная коммутационная способность контактов;
класс токоограничения;
конструкция корпуса и возможность крепления на Din-рейку.

Как подобрать автомат по номинальному току

При определении этого параметра самая важная задача состоит в том, чтобы удачно соблюсти баланс между:

работоспособностью защитных параметров автоматического выключателя;
суммарной мощностью одновременно подключенных в сеть электрических приборов;
техническими возможностями электропроводки.

Другим словами, провода с автоматом должны выдерживать токовую и тепловую нагрузки, создаваемые всеми работающим потребителями, а при ее превышении требуется отключение питания защитами.

Последовательность подбора автоматического выключателя по этим характеристикам представлена картинкой.

Для одновременного выбора автомата и проводки рекомендуется выполнить последовательность действий:

вычислить максимальный ток нагрузки всех одновременно работающих электроприемников;
подобрать по стандартному ряду токов номинал автомата;
выбрать марку электрических проводов по материалу меди или алюминия и размеру площади их поперечного сечения, не забывая о свойствах диэлектрического слоя.

Как подобрать автомат по времятоковой характеристике

По быстроте отключения токовой электромагнитной отсечки автоматические выключатели, используемые в бытовых целях, делятся на 3 класса. Для производственных целей создаются еще три дополнительных группы.

Класс В

Защиты созданы для зданий со старой алюминиевой проводкой, питающей лампы накаливания, обогреватели, электроплиты, духовки. Кратность токов лежит в пределах 3÷5.

Класс С

Оптимальная работа оборудования современных квартир со стиральными и посудомоечными машинами, офисной техникой, морозильниками, осветительными приборами с большими пусковыми токами. Кратность 5÷10.

Класс D

Защита мощных двигателей насосов, компрессоров, подъемников, обрабатывающих станков.

Во всех этих классах работают электромагнитные расцепители, но они не всегда смогут выполнить необходимое быстродействие. Поэтому автоматы класса D нельзя подключать к потребителям, предназначенным для работы с защитами классов С и В.

Как подобрать автомат по селективности

При возникновении аварий защиты должны работать по определенной, заранее заданной иерархии в комплексе с другими устройствами. Для разъяснения этого принципа показана упрощенная картинка с автоматом АВ1 в квартирном щитке, АВ2 - подъездном, АВ3 - на щите питающей подстанции.

Если в приборе, подключенному к электрической розетке квартиры, пробилась изоляция, то могут сработать все эти защиты. Однако, правильной будет следующая последовательность:

первоначальное отключение АВ1;
когда оно не произошло, то срабатывание АВ2 со снятием питания со всего подъезда;
если отказал АВ3, то работают защиты, отключающие питание со всего дома.

Избирательность подобного срабатывания осуществляется за счет подбора токовых и временных параметров отключающих устройств.

Как подобрать автомат по предельной коммутационной способности

Под этой величиной понимается то значение максимальной нагрузки в амперах, которую способен надежно разрывать автоматический выключатель во время аварии. Если она будет превышена, то механизм просто выйдет из строя.

На ПКС влияют:

материал проводов;
удаление от питающего трансформатора.

Иногда этот параметр путают с коммутационной износоустойчивостью, указывающей на число гарантированных заводом срабатываний до начала износа механизмов.

Как подобрать автомат по классу токоограничения

Бытовые аппараты защиты отличаются быстродействием срабатывания, которое классифицируют длительностью снятия питания по отношению к половине периода гармоники синусоиды.

Его выражают цифрами «1», «2», «3» и записывают дробью, у которой в числителе 1.

Класс 2 отключает КЗ за ½ полупериода, а 3 - 1/3. Класс 3 работает не только быстрее, но и исключает возможность аварийным токам достижения своего максимума. За обеспечение этой характеристики он считается самым совершенным, оптимальным.

Как подобрать автомат по сопротивлению петли фаза-ноль

Это довольно сложный вопрос, которому не уделяет внимание даже часть электриков ЖКХ. Но если его не учитывать, то вся предыдущая работа по выбору автоматического выключателя может не оправдаться.

Автомат квартирного щитка отключает токи КЗ, возникающие в подключенной схеме. При этом на него приходит напряжение от питающего трансформатора по проводам, которые имеют определенное электрическое сопротивление и по знаменитому закону Георга Ома этим ограничивают величину тока в цепи.

Рассмотрим это положение на примере. Допустим, что прибором электротехнической лаборатории замерили в розетке сопротивление проводов фаза-ноль (от потребителя квартиры до питающего ТН) в 1,3 Ома. Напряжение сети равно 220 вольт.

Ток КЗ составит Iкз=220/1,3=169,2 А.

Создадим мысленно металлическое короткое замыкание в розетке и рассчитаем его ток по формулам ПУЭ для защиты автоматом класса D с номиналом 16 ампер.

I=1,1х16×20=352 А.

1,1 - запланированный запас;
16 - токовый номинал автомата;
20 - наибольший параметр кратности тока отсечки.

Два проведенных расчета показали, что в схеме может возникнуть ток только в 169,2 ампера. А для его отключения подобрали автомат, который будет работать при 352 амперах. Естественно, что он не подходит по этому параметру для рассматриваемой квартиры и не сможет отключать токи КЗ.

Как подобрать автомат по числу полюсов

Обычно защиту врезают в фазный провод квартиры за исключением вводных выключателей, которыми снимают и потенциал нуля. Это же правило действует и в трехфазных цепях, где применяют модели с тремя или четырьмя полюсами.

Вспомним, что защитный ноль нигде и никогда ни при каких обстоятельствах не должен разрываться.

Дополнительные характеристики автоматов

К ним относятся:

напряжение сети;
частота переменного тока;
степени защит корпуса (классы IP);
возможности работы в разных температурных условиях.

Выбор производителя

Когда приобретается много автоматов для установки в одном здании, то рекомендуется остановиться на единственном бренде. Но, придется учесть отведенные на покупку материальные затраты.

В остальных случаях допускается использовать надежные бюджетные модели.

После приобретения автомата до его подключения в работу важно проверить основные электрические характеристики аппаратурой электротехнической лаборатории. При этом создаются реальные условия аварии методами прогрузки от дополнительного источника напряжения и анализируется поведение защит, составляется протокол проверки с подписями ответственных работников, выдается заключение о пригодности.

Это позволит исключить последствия небрежной транспортировки, нарушения режима хранения на складах и заводской брак, что важно для обеспечения дальнейшей надежной работы защит.

Вводя в работу только что купленный и непроверенный автомат, вы не имеете никаких гарантий его надежности.

Для более полного закрепления материала статьи рекомендуем посмотреть два виодоролика.

Что такое автоматический выключатель?

Автоматический выключатель (автомат) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической сети от сверхтоков, т.е. от коротких замыканий и перегрузок.

Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.

Автоматические выключатели бывают с электромагнитным расцепителем защищающим электрическую цепь от короткого замыкания и комбинированным расцепителем — когда дополнительно с электромагнитным расцепителем применяется тепловой расцепитель защищающий цепь от перегрузки.

Примечание: В соответствии с требованиями ПУЭ бытовые электросети должны быть защищены как от коротких замыканий, так и от перегрузки, поэтому для защиты домашней электропроводки следует применять автоматы именно с комбинированным расцепителем.

Автоматические выключатели делятся на однополюсные (применяются в однофазных сетях), двухполюсные (применяются в однофазных и двухфазных сетях) и трехполюсные (применяются в трехфазных сетях), так же бывают четырехполюсные автоматические выключатели (могут применяться в трехфазных сетях с системой заземления TN-S).

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

На рисунке ниже представлено устройство автоматического выключателя с комбинированным расцепителем, т.е. имеющий и электромагнитный и тепловой расцепитель.

1,2 — соответственно нижняя и верхняя винтовые клеммы для подключения провода

3 — подвижный контакт; 4 — дугогасительная камера; 5 — гибкий проводник (применяется для соединения подвижных частей автоматического выключателя); 6 — катушка электромагнитного расцепителя; 7 — сердечник электромагнитного расцепителя; 8 — тепловой расцепитель (биметалли́ческая пласти́на); 9 — механизм расцепителя; 10 — рукоятка управления; 11 — фиксатор (для крепления автомата на DIN-рейке).

Синими стрелками на рисунке показано направление протекания тока через автоматический выключатель.

Основными элементами автоматического выключателя являются электромагнитный и тепловой расцепители:

Электромагнитный расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов короткого замыкания. Он представляет из себя катушку (6) с находящимся в ее центре сердечником (7) который установлен на специальной пружине, ток в нормальном режиме работы проходя по катушке согласно закону электромагнитной индукции создает электромагнитное поле которое притягивает сердечник внутрь катушки, однако силы этого электромагнитного поля не хватает что бы преодолеть сопротивление пружины на которой установлен сердечник.

При коротком замыкании ток в электрической цепи мгновенно возрастает до величины в несколько раз превышающей номинальный ток автоматического выключателя, этот ток короткого замыкания проходя по катушке электромагнитного расцепителя увеличивает электромагнитное поле воздействующее на сердечник до такой величины, что его силы втягивания хватает на то что бы преодолеть сопротивление пружины, перемещаясь внутрь катушки сердечник размыкает подвижный контакт автоматического выключателя обесточивая цепь:

При коротком замыкании (т.е. при мгновенном возрастании тока в несколько раз) электромагнитный расцепитель отключает электрическую цепь за доли секунды.

Тепловой расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов перегрузки. Перегрузка может возникнуть при включении в сеть электрооборудования общей мощностью превышающей допустимую нагрузку данной сети, что в свою очередь может привести к перегреву проводов разрушению изоляции электропроводки и выходу ее из строя.

Тепловой расцепитель представляет из себя биметаллическую пластину (8). Биметаллическая пластина — эта пластина спаянная из двух пластин различных металлов (металл «А» и металл «В» на рисунке ниже) имеющих разный коэффициент расширения при нагреве.

При прохождении по биметаллической пластине тока превышающего номинальный ток автоматического выключателя пластина начинает нагреваться, при этом металл «B» имеет больший коэффициент расширения при нагреве, т.е. при нагреве он расширяется быстрее чем металл «A», что приводит к искривлению биметаллической пластины, искривляясь она воздействует на механизм расцепителя (9), который размыкает подвижный контакт (3).

Время срабатывания теплового расцепителя зависит от величины превышения тока электросети номинального тока автомата, чем больше это превышение тем быстрее сработает расцепитель.

Как правило тепловой расцепитель срабатывает при токах в 1,13-1,45 раз превышающих номинальный ток автоматического выключателя, при этом при токе превышающем номинальный в 1,45 раза тепловой расцепитель отключит автомат через 45мин — 1 час.

При любом отключении автоматического выключателя под нагрузкой на подвижном контакте (3) образуется электрическая дуга которая оказывает разрушающее воздействие на сам контакт, причем чем выше отключаемый ток, тем мощнее электрическая дуга и тем большее ее разрушающее воздействие. Для сведения к минимуму ущерба от электрической дуги в автоматическом выключателе она направляется в дугогасительную камеру (4), которая состоит из отдельных, параллельно установленных пластин, попадая между этих пластин электрическая дуга дробится и затухает.

3. Маркировка и характеристики автоматических выключателей.

ВА47-29 — тип и серия автоматического выключателя

Номинальный ток — максимальный ток электрической сети при котором автоматический выключатель способен длительно работать без аварийного отключения цепи.

Номинальное напряжение — максимальное напряжение сети на которое рассчитан автоматический выключатель.

ПКС — предельная отключающая способность автоматического выключателя. Данная цифра показывает максимальный ток короткого замыкания который способен отключить данный автоматический выключатель сохранив при этом свою работоспособность.

В нашем случае ПКС указан 4500 А (Ампер), это значит что при токе короткого замыкания (к.з.) меньшем, либо равном 4500 А автоматический выключатель способен разомкнуть электрическую и остаться в исправном состоянии, в случае если ток к.з. превысит данную цифру возникает возможность оплавления подвижных контактов автомата и их привариванию друг к другу.

Характеристика срабатывания — определяет диапазон срабатывания защиты автоматического выключателя а так же время за которое это срабатывание происходит.

Например в нашем случае представлен автомат с характеристикой «C» его диапазон срабатывания от 5·I н до 10·I н включительно. (I н — номинальный ток автомата), т.е. от 5*32=160А до 10*32+320, это значит что наш автомат обеспечит мгновенное отключение цепи уже при токах 160 — 320 А.

4. Выбор автоматического выключателя

Выбор автомата осуществляется по следующим критериям:

— По количеству полюсов: одно- и двухполюсные применяются для однофазной сети, трех- и четырехполюсные — в трехфазной сети.

— По номинальному напряжению: Номинальное напряжение автоматического выключателя должно быть больше либо равно номинальному напряжению защищаемой им цепи:

U ном. АВ ⩾ U ном. сети

— По номинальному току: Определить необходимый номинальный ток автоматического выключателя можно одним из четырех следующих способов:

С помощью нашего .
С помощью нашего .
С помощью следующей таблицы:

Рассчитать самостоятельно по следующей методике:

Номинальный ток автоматического выключателя должен быть больше либо равен расчетному току защищаемой им цепи, т.е. тому току на который рассчитана данная электрическая сеть:

I ном. АВ ⩾ I расч. сети

Расчетный ток электрической сети (I расч. сети) можно определить с помощью нашего , либо рассчитать его самостоятельно по формуле:

I расч. сети = P сети /(U сети *K)

где: P сети — мощность сети, Ватт; U сети — напряжение сети (220В или 380В); K — коэффициент (Для однофазной сети: K=1; Для трехфазной сети: K=1,73).

Мощность сети определяется как сумма мощностей всех электроприемников в доме:

P сети =(P 1 + P 2 …+ P n )*К с

где: P 1 , P 2 , P n — мощности отдельных электроприемников; К с — коэффициент спроса (К с =от 0,65 до 0,8) в случае если в сеть подключается всего 1 электроприемник или группа электроприемников которые включаются в сеть одновременно К с =1.

В качестве мощности сети так же можно принять максимальную разрешенную к использованию мощность, например из технических условий, проекта или договора электроснабжения при их наличии.

После расчета тока электросети принимаем ближайшее большее стандартное значение номинального тока автомата : 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А и т.д.

ПРИМЕЧАНИЕ: Кроме описанного выше способа существует возможность упрощенного расчета автоматического выключателя, для этого необходимо:

Определить мощность сети в килоВаттах (1 килоВатт=1000Ватт) по формуле приведенной выше:

P сети =(P 1 + P 2 …+ P n)*К с , кВт

2. Определить ток сети умножив рассчитанную мощность сети на коэффициент перевода (К п ) равный: 1,52 -для сети 380 Вольт или 4,55 — для сети 220 Вольт:

I сети = P сети *К п , Ампер

3. На этом все. Теперь как и в предыдущем случае полученное значение тока сети округляем до ближайшего большего стандартного значения номинального тока автомата.

И в завершении выбираем характеристику срабатывания (см. таблицу характеристик выше). Например если нам нужно поставить автомат для защиты электропроводки всего дома выбираем характеристику «C», если электроосвещение и розеточная группа разделены на два разных автомата, то для освещения можно установить автомат с характеристикой «B», а на розетки — с характеристикой «C», если необходим автомат для защиты электродвигателя — выбираем характеристику «D».

Приведем пример расчета: Имеется дом в котором есть следующие токоприемники:

Стиральная машина мощностью 800 Ватт (Вт) (что равно 0,8кВт)
Микроволновая печь — 1200Вт
Электродуховка — 1500 Вт
Холодильник — 300 Вт
Компьютер — 400 Вт
Электрочайник — 1200Вт
Телевизор — 250Вт
Электроосвещение — 360 Вт

Напряжение сети: 220 Вольт

Коэффициент спроса примем равным 0,8

Тогда мощность сети будет равна:

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.