Принцип роботи автоматичного вимикача евн250с. Призначення автоматичних вимикачів

Напевно, багато хто з нас замислювався, чому автоматичні вимикачі так оперативно витіснили з електросхем застарілі плавкі запобіжники? Активність їх впровадження обґрунтована низкою переконливих аргументів, серед яких можливість купити цей вид захисту, що ідеально відповідає час-струмовим даним конкретних видів електрообладнання.

Сумніваєтеся, який автомат вам потрібен і не знаєте, як правильно його вибрати? Ми допоможемо знайти правильне рішення – у статті розглянуто класифікацію цих пристроїв. А також важливі характеристики, на які слід звернути увагу при виборі автоматичного вимикача.

Щоб вам було простіше розібратися з автоматами, матеріал статті доповнено наочними фото та корисними відеорекомендаціями від фахівців.

Автомат практично миттєво відключає довірену йому лінію, що виключає пошкодження проводки техніки, що живиться від мережі. Після виконаного відключення гілку можна відразу знову запустити, не виробляючи заміну запобіжного приладу.

Під час реєстрації автоматично КЗ відключення виробляє електромагнітна котушка (ситуація А). При перевищенні номінальних струмів мережу розмикає біметалічна пластина (ситуація Б)

Робота автоматичного вимикача полягає у захисті проводки (а не обладнання та користувачів) від КЗ та від оплавлення ізоляції при проходженні струмів вище від номінальних значень.

За кількістю полюсів

Ця характеристика вказує на максимально можливу кількість проводів, які можна підключити до АВ для захисту мережі.

Їх відключення відбувається у разі виникнення аварійної ситуації (під час перевищення допустимих показників струму чи перевищення рівня час-струмової кривої).

Ця характеристика вказує на максимально можливу кількість проводів, які можна підключити до АВ для захисту мережі. Їх відключення відбувається у разі виникнення аварійної ситуації (під час перевищення допустимих показників струму чи перевищення рівня час-струмової кривої).

Галерея зображень

Особливості однополюсних автоматів

Вимикач однополюсного типу є найпростішою модифікацією автомата. Він призначений для захисту окремих ланцюгів, а також однофазної, двофазної, трифазної електропроводки. До конструкції вимикача можна підключити два дроти - провід живлення і відхідний.

У функції пристрою цього класу входить лише захист дроту від займання. Сама нейтраль проводки міститься на нульову шину, тим самим обминаючи автомат, а провід заземлення підключається в шині заземлення окремо.

Підключення однополюсного АВ проводиться одножильним проводом, але іноді використовують двожильні кабелі. Приєднують живлення зверху автомата, а лінію - знизу, що спрощує монтаж. Установка відбувається на 18-міліметрову din-рейку

Однополюсний автомат не виконує функції вступного, оскільки при його вимушеному відключенні відбувається розрив лінії фази, а нейтраль з'єднана з джерелом напруги, що не дає 100% гарантію захисту.

Характеристики двополюсних вимикачів

Коли необхідне повне відключення електропроводки від напруги, застосовують двополюсний автомат.

Він застосовується як вступний, коли під час КЗ або збою роботи мережі вся електропроводка знеструмлюється одночасно. Це дозволяє проводити своєчасні роботи з ремонту та модернізації ланцюгів абсолютно безпечно.

Застосовують двополюсні автомати у випадках, коли необхідний окремий вимикач однофазного електроприладу, наприклад, водонагрівача, бойлера, верстата.

Підключення двополюсного автомата відбувається з урахуванням електричної схеми захисту з використанням 1- або 2-жильного дроту (кількість жил залежить від схеми розлучення). Монтаж здійснюється на дин-рейку 36 мм

Під'єднують автомат до пристрою, що захищається з використанням 4 проводів, два з яких є проводами живлення (один з них безпосередньо підключається до мережі, а другий подає живлення перемичкою) і два - проводи, що відходять, які вимагають захисту, причому вони можуть бути 1-, 2- , 3-провідні.

Триполюсна модифікація автоматичних вимикачів

Для захисту трифазної 3- або 4-провідної мережі використовують триполюсні автомати. Вони підходять для підключення за типом зірки (середній провід залишають без захисту, а фазні підключають до полюсів) або трикутника (з відсутнім центральним дротом).

При аварії на одній із ліній самостійно відключаються решта двох.

Підключення триполюсного АВ здійснюється 1-, 2-,3- житловими проводами. Для установки знадобиться дин-рейка шириною 54 мм.

Триполюсний вимикач служить як вступний і загальний для будь-яких типів трифазних навантажень. Часто модифікацію використовують у промисловості забезпечення струмом електродвигунів.

До моделі підключається до 6 проводів, 3 представлені фазними проводами трифазної електромережі. Решта 3 є захищеними. Вони представляють три однофазні або одну трифазну проводку.

Застосування чотирифазного автомата

Для захисту трьох-, чотирифазної електромережі, наприклад потужного двигуна, підключеного за принципом зірки, використовується чотирифазний автомат. Його застосовують як вступний вимикач на трифазну чотирипровідну мережу.

Підключення чотириполюсного вимикача здійснюється 1-, 2-, 3-, 4-жильним проводом, схема залежить від типу підключення, корпус встановлювати на din-рейку шириною 73 мм

До корпусу автомата можна підключити вісім проводів, з них чотири є фазними проводами електромережі (з них один нейтральний) і чотири представлені проводами, що відходять (3 фазними і 1 нейтральним).

За час-струмової характеристики

АВ можуть мати однаковий показник , але характеристики споживання електроенергії приладами можуть бути різними.

Потужність може надходити нерівномірно, змінюватись в залежності від виду та навантаження, а також при включенні, вимкненні або постійній роботі того чи іншого пристрою.

Коливання споживаної потужності може бути досить значними, а діапазон змін – широким. Це веде до вимкнення автомата у зв'язку з перевищенням номінального струму, що вважається хибним вимкненням мережі.

Щоб виключити ймовірність недоцільного спрацьовування запобіжника при неаварійних стандартних змінах (підвищення сили струму, зміни потужності) використовують автомати з певними час-струмовими характеристиками (ВТХ).

Це дозволяє експлуатувати вимикачі з однаковими струмовими параметрами з допустимими довільними навантаженнями без помилкових відключень.

ВТХ показують, через який час вимикач спрацює та які показники відношення сили струму та постійного струму автомата при цьому будуть.

Особливості автоматів із характеристикою B

Автомат із зазначеною характеристикою вимикається протягом 5-20 секунд. Показник струму становить у своїй 3-5 номінальних струмів автомата. Дані модифікації застосовуються для захисту ланцюгів, що підживлюють стандартні побутові прилади.

Найчастіше модель використовується для захисту проведення квартир, приватних будинків.

Характеристика C – принципи роботи

Автомат з номенклатурним позначенням відключається за час 1-10 секунд при 5-10 номінальних струмів.

Використовують вимикачі цієї групи у всіх сферах - у побуті, будівництві, промисловості, але найбільш потрібні вони області електрозахисту квартир, будинків, житлових приміщень.

Експлуатація вимикачів з характеристикою D

Автомати D-класу застосовуються в промисловості та представлені триполюсними та чотириполюсними модифікаціями. Їх використовують для захисту потужних електродвигунів та різних 3-фазних пристроїв.

Час спрацьовування АВ – 1-10 секунд при струмі, кратному 10-14, що дозволяє ефективно застосовувати його для захисту різних проводок.

У нижній частині графіка наведено кратність значень номінального струму, вертикальної лінії - час відключення. Для характеристики Відключення відбувається при 3-5 кратних перевищеннях діючого струму над номінальним, для С - 5-10 кратному, для D - 10-14 кратному

Потужні промислові двигуни працюють виключно з АВ із характеристикою D.

Можливо, вам також буде цікаво ознайомитися з в іншій нашій статті.

За номінальним робочим струмом

Всього існує 12 модифікацій автоматів, що відрізняються - 1А, 2А, 3А, 6А, 10А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А. Параметр відповідає за швидкість спрацьовування автомата при перевищенні струму, що діє, над номіналом.

Таблиця ілюструє граничну потужність кожної модифікації автомата, виходячи із схеми підключення та напруги мережі. Максимальна віддача вимикача відбувається при приєднанні навантаження за схемою трикутника

Вибір вимикача за вказаною характеристикою здійснюють з урахуванням потужності електропроводки, допустимого струму, який може витримати проводка у нормальному режимі. Якщо значення струму невідоме, його визначають за допомогою формул, використовуючи дані перерізу дроту, його матеріалу та способу прокладання.

Автомати 1А, 2А, 3А застосовують для захисту ланцюгів із малими струмами. Вони підійдуть для забезпечення електрикою невеликої кількості приладів, наприклад лампи або люстри, малопотужного холодильника та інших пристроїв, сумарна потужність яких не перевищує можливості автомата.

Вимикач 3А ефективно експлуатується у промисловості, якщо здійснити його трифазне підключення за типом трикутника.

Вимикачі 6А, 10А, 16А можна використовувати для забезпечення електрикою окремих електроланцюгів, невеликих кімнат або квартир.

Дані моделі використовуються в промисловості, з їх допомогою постачають живлення електродвигуни, соленоїди, нагрівачі, зварювальні автомати, підключені окремою лінією.

Три-, чотириполюсні автомати 16А використовують як вступні при трифазній схемі живлення. У виробництві надають перевагу приладам з D-кривою.

Автомати 20А, 25А, 32А використовують для захисту проведення сучасних квартир, вони здатні забезпечити електрикою пральні машини, обігрівачі, електросушарки та іншу техніку з високою потужністю. Модель 25А використовують як вступний автомат.

Вимикачі 40А, 50А, 63А відносяться до класу приладів із високою потужністю. Вони використовуються для забезпечення електрикою силового обладнання великої потужності у побуті, промисловості, цивільному будівництві.

Вибір та розрахунок автоматичних вимикачів

Знаючи характеристики АВ, можна визначити, який автомат підійде для тієї чи іншої мети. Але перед вибором оптимальної моделі необхідно зробити деякі розрахунки, за допомогою яких можна визначити параметри потрібного пристрою.

Крок #1 – визначення потужності автомата

При виборі автомата важливо враховувати сумарну потужність приладів, що підключаються.

Наприклад, потрібний автомат для підключення кухонних приладів до електроживлення. Допустимо, до розетки буде підключатися кавоварка (1000 Вт), холодильник (500 Вт), духовка (2000 Вт), НВЧ-піч (2000 Вт), електрочайник (1000 Вт). Сумарна потужність дорівнюватиме 1000+500+2000+2000+1000=6500 (Вт) або 6,5 кВ.

У таблиці наведено номінальну потужність деяких побутових приладів, необхідну їхню роботу. Відповідно до нормативних даних підбирається переріз силового дроту для їх живлення та автомат для захисту проводки

Якщо подивитися на таблицю автоматів за потужністю підключення, врахувати, що стандартна напруга проводки в побутових умовах становить 220 В то для експлуатації підійде однополюсний або двополюсний автомат 32А з сумарною потужністю 7 кВт.

Слід врахувати, що може знадобитися велика потужність споживання, оскільки в процесі експлуатації може знадобитися підключення інших приладів, які спочатку не були враховані. Щоб передбачити цю ситуацію, у розрахунках сумарного споживання використовують коефіцієнт, що підвищує.

Припустимо, за рахунок додавання додаткового електрообладнання потрібно збільшення потужності на 1,5 кВт. Тоді необхідно взяти коефіцієнт 1.5 та помножити його на отриману розрахункову потужність.

У розрахунках іноді доцільно використати коефіцієнт зниження. Його застосовують тоді, коли одночасне використання кількох приладів неможливе.

Допустимо, сумарна потужність проводки для кухні склала 3.1 кВт. Тоді понижуючий коефіцієнт дорівнює 1, оскільки враховується мінімальна кількість приладів, що підключені одночасно.

Якщо одне із приладів неможливо підключити коїться з іншими, то понижувальний коефіцієнт беруть меншим одиниці.

Крок #2 - розрахунок номінальної потужності автомата

Номінальна потужність – це та потужність, коли відключення проводки немає.

Вона розраховується за такою формулою:

M = N * CT * cos(φ),

M- Потужність (Ватт);
N- Напруга електромережі (Вольт);
СТ- Сила струму, здатна пройти через автомат (Ампер);
cos(φ)- Значення косинуса кута, що приймає значення кута зсуву між фазами і напруги.

Значення косинуса зазвичай дорівнює 1, оскільки зсуву між фазами струму та напруги практично немає.

З формули висловлюємо СТ:

CT = M/N,

Потужність у нас вже визначена, а напруга мережі зазвичай становить 220 Вольт.

Якщо сумарна потужність дорівнює 3.1 кВт, то:

CT = 3100/220 = 14.

Отримуваний струм дорівнюватиме 14 А.

Для розрахунку при трифазному навантаженні використовують ту ж формулу, але враховують кутові зрушення, які можуть досягати більших значень. Зазвичай на обладнанні, що підключається, вони вказані.

Крок #3 - обчислення номінального струму

Обчислити номінальний струм можна за документацією на електропроводку, але якщо її немає, то визначають, виходячи з особливостей провідника.

Для розрахунків необхідні такі дані:

площа;
використовується для жил матеріал (мідь або алюміній);
спосіб прокладання.

У побутових умовах зазвичай проводка розташовується у стіні.

Для обчислення площі перерізу знадобиться мікрометр чи штангенциркуль. Необхідно вимірювати виключно провідну жилу, а не провід та ізоляцію

Зробивши необхідні вимірювання, обчислюємо площу перерізу:

S = 0,785*D*D,

D– це діаметр провідника (мм);
S- Площа перерізу провідника (мм 2).

Визначивши, з якого матеріалу були виконані жили провідника, та розрахувавши площу перерізу, можна визначити показники струму та потужності, які витримує проводка електромережі. Дані наведені для проведення, прихованої у стіні

З урахуванням отриманих даних підбираємо робочий струм автомата та його номінал. Він повинен бути рівним або меншим за робочий струм. У деяких випадках допускається використання автоматів з номіналом, що перевищує діючий струм проводки.

Крок #4 - визначення час-струмової характеристики

Щоб правильно визначити ВТХ, необхідно враховувати пускові струми навантажень, що підключаються.

Потрібні дані можна дізнатися, використовуючи наведену нижче таблицю.

У таблиці наведено деякі види електричних пристроїв, а також кратність пускового струму та тривалість імпульсів в секундах

За даними таблиці можна визначити силу струму (в Амперах) при включенні приладу, а також період, через який граничний струм виникатиме знову.

Наприклад, якщо взяти електричну м'ясорубку, потужність якої становить 1,5 кВт, обчислити для неї робочий струм із таблиць (це буде 6,81 А) і, враховуючи кратність стартового струму (до 7 разів), отримаємо значення струму. 6,81 * 7 = 48 (А).

Струм цієї сили протікає з періодичністю 1-3 секунди. Враховуючи графіки ВТК для класу B, можна побачити, що при перевантаженні автоматичний вимикач спрацює у перші секунди після запуску м'ясорубки.

Очевидно, що кратність даного приладу відповідає класу, тому автомат з характеристикою необхідно використовувати для забезпечення роботи електричної м'ясорубки.

Для побутових потреб зазвичай використовують вимикачі, що відповідають характеристикам, С. У промисловості для обладнання з великими кратними струмами (двигунів, блоків живлення та ін) створюється струм аж до 10-кратного, тому доцільно застосовувати D-модифікації пристрою.

Однак, слід враховувати потужність таких приладів, а також тривалість пускового струму.

Автономні автоматизовані вимикачі відрізняються від звичайних тим, що їх встановлюють окремими розподільними щитами.

У функції пристрою входить захист ланцюга від непередбачених стрибків напруги, відключення електроенергії по всьому або певному ділянці мережі.

Висновки та корисне відео на тему

Вибір АВ за струмовою характеристикою та приклад розрахунку струму розглянуті у наступному відеоролику:

Розрахунок номінального струму АВ продемонстровано у наступному відео:

Автомати монтують на вході будинку чи квартири. Вони розташовуються в . Присутність АВ у схемі домашньої електромережі – запорука безпеки. Прилади дозволяють своєчасно відключити електролінію, якщо параметри мережі перевищують заданий поріг .

Враховуючи основні характеристики автоматичних вимикачів, а також здійснивши правильні розрахунки, можна зробити правильний вибір цього пристрою та .

Якщо ви маєте знання або досвід виконання електромонтажних робіт, будь ласка, поділіться ним з нашими читачами. Залишайте ваші коментарі про вибір автоматичного вимикача та нюанси його встановлення у коментарях нижче.

Незважаючи на різноманіття типів автоматичних вимикачів (автоматів), багато хто працює за схожими принципами і побудовано на базі стандартного набору функціональних елементів. У зв'язку з широким застосуванням автоматів модульного типу (особливо в побутових та низьковольтних електромережах) вивчати роботу автоматичного вимикача резонно на їх прикладі. Як піддослідний зразок виступатиме недорогий однополюсний автомат марки ДЕК типу ВА-101-1 C3.

Автомат модульного типу зовні являє собою стандартизований за габаритами апарат у пластмасовому корпусі, що має дві або більше вхідних клем (залежно від кількості полюсів) для підключення живлення з одного боку (зазвичай зверху) і приєднання навантаження з іншого (знизу). На передній панелі автомата знаходиться важіль управління, за допомогою якого здійснюється увімкнення та відключення автомата (навантаження) вручну. З боків корпусу є технологічні отвори для встановлення додаткових пристроїв, наприклад контактів стану автомата, незалежного розчіплювача та деяких інших. Зверху автомат має отвори для доступу до регулювального гвинта теплового розчіплювача та виходу продуктів горіння дугового розряду. Монтаж (кріплення) модульного автомата в електрошафі здійснюється на так звану DIN-рейку – металевий або пластмасовий профіль певної форми.

Кріплення автомата на DIN-рейку та зняття в неї.

Вікна для підключення додаткових пристроїв до автомата.

Автомат ДЕК. Вид зверху.
1 – отвір виходу продуктів горіння дуги; 2 - отвір з регулювальним гвинтом теплового розчіплювача.

У електричний ланцюг автомат підключається послідовно - у розрив ланцюга живлення навантаження (споживачів). Принцип дії автоматичного вимикача полягає у контролі сили електричного струму через автомат і, у разі необхідності, розриву ланцюга (відключення навантаження) з тією чи іншою швидкістю (затримкою), починаючи з моменту перевищення струму та залежно від «серйозності» (кратності) цього перевищення .

Схема підключення однополюсного автомата в ланцюг живлення лампи розжарювання.

Корпус модульного автомата, як правило, нерозбірний. Для його розтину, з метою вивчення, потрібно видалити (висвердлити та витягнути) всі заклепки та розділити корпус на дві частини. Елементи корпусу виконані з пластмаси, що не підтримує горіння з достатньою (розрахунковою) електроізоляційною здатністю. З внутрішньої сторони напівкорпусів є пази та напрямні для встановлення функціональних елементів автомата.

Процес розтину автомата.

Автоматичний вимикач ДЕК усередині.

Автомат повністю розібраний.

Влаштування автоматичного вимикача з підписами його функціональних елементів.

Механізм взводу та розчеплення- механічна система із пружин і важелів, що виконує дві основні функції: утримання контактів у зімкнутому стані при штатному режимі роботи, та, при виникненні аварійної ситуації, за командами розчіплювачів або оператора (ручне відключення) швидко відвести рухомий контакт від нерухомого.

Автомат увімкнений, механізм зведений.

Електромагнітний розчіплювачє електромагнітом з рухомим сердечником (якорем), який працює як штовхач. Коли струм через обмотку досягає певного значення, якір натискає на важіль спускового механізму, що призводить до його спрацьовування та відключення навантаження. Число витків котушки і переріз обмотувального дроту електромагніту розраховане так, щоб спрацьовувати тільки при відносно великих перевищеннях номінального струму автомата (наприклад, при короткому замиканні), а також витримувати такі перевищення неодноразово.

Нижня клема, котушка електромагнітного розчіплювача та біметалічна пластина з'єднані зварюванням.

Якір електромагнітного розчіплювача у зібраному (ліворуч) та розібраному (праворуч) вигляді.

При русі якоря вниз у напрямку червоної стрілки, курок спускового механізму виходить із зачеплення (червоний кружок).

При русі якоря вниз, він захоплює рухомий контакт, чим допомагає механізму розчеплення розвести контакти.

Тепловий розчіплювач- , що згинається в певну сторону при нагріванні в результаті проходження струму через спеціальний провідник підвищеного опору, намотаний поверх неї (біметалічна пластина непрямого нагріву). При певному куті згинання пластини, її кінчик натискає на важіль спискового механізму - автомат відключається. На відміну від електромагнітного розчіплювача, тепловий розчіплювач повільніший і не здатний спрацьовувати за частки секунди, однак, він точніший і піддається тонкому налаштуванню.

При згинанні кінчика біметалічної пластини у напрямку червоної стрілки, курок спускового механізму виходить із зачеплення (червоний кружок).

Дугогасна камера, що є у пристрої автоматичного вимикача, забезпечує швидке гасіння дугового розряду, який може утворюватися при розмиканні контактів. Вона являє собою набір металевих пластин, що знаходяться на невеликій відстані один від одного. Потрапляючи на пластини, дуга розділяється, залучається всередину дугогасної камери і гасне. Продукти горіння дуги та надлишковий тиск скидаються назовні через спеціальний канал у корпусі автомата.

Автоматичний вимикач влаштований і працює за принципом постійного стеження за силою електричного струму, використовує відразу два детектори-розчіплювачі: електромагнітний та тепловий. Перший має високу швидкість реакції, яка необхідна для захисту від швидкозростаючих надструмів, друга - точністю і певною затримкою в спрацьовуванні, що дозволяє виключити помилкові відключення навантаження при короткочасному і невеликому перевищенні сили струму.

повітряні;
олійні;
вакуумні.

Гасіння електричної дуги в маслі або вакуумі застосовується в основному у високовольтних вимикачах. Гасіння дуги в повітрі може застосовуватися як низьковольтних, так і високовольтних вимикачах.

Автоматичні вимикачі можуть включатися вручну за допомогою вбудованого електродвигуна або електромагнітного приводу. Електричні приводи переважно застосовують для дистанційного керування автоматами. Більшість низьковольтних вимикачів, розрахованих на відносно невеликі струми, зазвичай постачаються ручним приводом.

Потрібно зауважити, що автоматичні вимикачі хоч і є комутаційними апаратами, однак їхній ресурс включення-відключення значно нижчий, ніж у магнітних пускачів або контакторів.

У цьому матеріалі ми будемо розглядати найпоширеніші автомати, призначені для встановлення на DIN-рейку.

Призначення та принцип дії захисту автоматичних вимикачів

Як зазначалося вище, автоматичні вимикачі оснащуються двома видами струмових захистів, захистом від струмів короткого замикання і тепловим захистом.

У модульних автоматичних вимикачах захист від струмів короткого замикання здійснюється за допомогою електромагнітних розчіплювачів, що встановлюються на кожну фазу. Електромагнітний розчіплювач є котушкою з декількох витків товстого дроту, по якій тече струм. Усередині котушки розміщується осердя з феромагнітного матеріалу. При досягненні струмом порогового значення сердечник втягується всередину котушки і електромагнітний розчіплювач спрацьовує. Струм, при якому спрацьовує електромагнітний розчіплювач, називається уставкою відсічення. Слід зазначити, що спрацювання відсікання відбувається дуже швидко. Тому відсікання є струмовим захистом без витримки часу. Поріг спрацьовування струмового відсікання зазвичай вибирають більше 4. Кратність струму спрацьовування розчіплювачів вказується на корпусі автомата.

Захист від струмів перевантаження в автоматичних вимикачах реалізується за допомогою теплових реле, що встановлюються на кожній фазі. Теплове реле являє собою біметалеву пластину, на яку навитий провід, яким тече струм. При протіканні струму вимикача, що перевищує номінальний струм, біметал нагрівається і деформується. Деформується пластина впливає на розчіплювач автомата і він відключається. Уставка теплових розчіплювачів автоматичних вимикачів зазвичай становить 1.2I ном. Час спрацьовування захисту залежить від величини струму. Чим більший струм, тим швидше спрацьовує захист. Отже, з допомогою теплового реле як контролюється величина струму, а й здійснюється витримка часу. Слід зазначити, що робота теплового захисту залежить від температури навколишнього повітря. Тому захист від перевантаження автоматичних вимикачів може гарантовано зберігати свої характеристики лише в діапазоні температур, зазначених виробником.

Залежність часу спрацьовування захистів автомата від струму називається час-струмової характеристикою. Типовий графік час-струмової характеристики автомата наведено на малюнку.

На графіку видно, що час спрацьовування теплового захисту, залежно від струму, може становити від однієї години до секунди. Швидкість спрацьовування відсічення від величини струму залежить набагато меншою мірою.

Конструкція модульних автоматичних вимикачів

Основні деталі модульного автоматичного вимикача показано малюнку.

Модульні автоматичні вимикачі призначені для встановлення на DIN-рейку. Для цієї мети на задній стороні автоматів є спеціальний паз і замок, що надійно фіксує вимикач на рейці. Автоматичні вимикачі можуть мати від одного до чотирьох полюсів. У однофазній мережі найчастіше використовуються однополюсні автомати, а трифазної – трехполюсные.

Основними вузлами автоматів є:

Контактна система;
Розчеплювачі, тепловий та електромагнітний;
Система дугогасіння;
Механізм взводу та розчеплення.

Контактна система складається з рухомого та нерухомого контактів. Для забезпечення низького перехідного опору контактуючі поверхні покриваються металокерамікою на основі срібла. Рухомий контакт з'єднується з електромагнітним розчіплювачем за допомогою гнучкого металевого зв'язку.

Гасіння дуги в автоматичних вимикачах здійснюється в дугогасних камерах. Для гасіння дуги в камері встановлюється ряд металевих пластин, які подрібнюють та охолоджують дугу. Камера виготовляється з фібри, яка при нагріванні виділяє гази, що сприяють гасенню дуги. Надлишковий тиск газів відводиться з корпусу автомата через спеціальний канал.

Механізм увімкнення та відключення автоматичного вимикача влаштований таким чином, що увімкнення та відключення вимикача відбувається швидко, незалежно від швидкості руху важеля управління.

Критерії вибору автоматичних вимикачів

Номінальний струм автоматичного вимикача повинен відповідати максимально допустимому струму лінії, що захищається. Зазвичай максимальний струм визначається перетином та матеріалом дротів чи кабелів.

Кратність струму електромагнітного розчіплювача автомата вибирають виходячи з пускових струмів електродвигунів, що захищаються вимикачем. Це з тим, що пускові струми двигунів можуть перевищувати номінальні струми чотири і більше разів.

Усередині квартирної проводки наших батьків часто застосовувалися пробки, тонкі дротяні вставки яких просто перегорали від підвищених струмів, що проходять через них.

На зміну їм поступово прийшли автоматичні вимикачі, які мають більші технічні можливості.

За часів СРСР їх встановлювали у під'їзних розподільчих щитах для певної групи споживачів.

Багато подібних конструкцій відрізняються високою надійністю і продовжують безвідмовно експлуатуватися вже кілька десятиліть.

Зараз вони зазнали невеликих конструктивних змін, працюють у кожному квартирному щитку, володіють різними функціями, призначені для відключення конкретних навантажень. У статті наведено огляд пристроїв існуючих моделей та правила їх підбору для індивідуального проведення.

Призначення

Автоматичні вимикачі, що використовуються у побуті, створюються для комплексного вирішення наступних завдань:

надійного пропускання струму номінального навантаження за тривалого режиму експлуатації;
постійного витримування потенціалу напруги побутової мережі без порушення її ізоляції;
можливості ручного керування станом силового контакту;
автоматичного вибору моменту виникнення аварії у підключеній схемі;
можливості захисту виявляти момент виникнення навантаження і створювати витримку необхідного часу безпечної роботи, після якого знімається харчування з підключених споживачів;
автоматичної ліквідації струмів коротких замикань із мінімально можливим часом.

Побутові автомати створюються для роботи в однофазній мережі 220 або 380 В. Серед них зустрічаються конструкції, призначені для експлуатації в ланцюгах:

постійного струму;
змінних синусоїдальних гармонік 50/60 Гц;
обох видів напруги.

Вони можуть бути виконані у однолінійному або багатофазному виконанні.

Автоматичні вимикачі в домашній електропроводці можуть включатися тільки вручну, натиснувши кнопку, а відключаються двома способами:

дією людини;
роботою вбудованих захистів.

Захист автоматичного вимикача

Крізь конструкцію будь-якої моделі пропускається струм навантаження. Його величина постійно контролюється вимірювальними органами та аналізується логікою. Захист складається з двох ступенів:

теплового розчіплювача;
електромагнітного відсічення.

Кожна з них може працювати самостійно незалежно від стану іншого.

Як працює тепловий розчіплювач

Основною деталлю є біметалічна пластина, через яку постійно протікає струм фази, що здійснює її нагрівання. Температура біметалу залежить від електроенергії, що проходить через нього, і тривалості впливу.

Біметалічна пластина використовується як засувка відключаючого механізму, а її стан залежить від стадії нагріву. При досягненні критичної величини створюється вигин, що розриває силовий контакт вимикача для зняття живлення зі споживачів.

Після такого відключення подати напругу натисканням на кнопку включення не вийде доти, доки біметал не охолоне, повернувшись у вихідний стан.

Як працює електромагніт відключення

По обмотці котушки протікає струм навантаження. Якщо його величина досягає ставки спрацьовування, рухливий якір різким ударом притягується до нижнього полюса, одночасно розриваючи силовий контакт вимикача.

Пристрій автомата

Типова конструкція однієї з численних моделей у розрізі представлена малюнку.

На клему верхнього затискного пристрою підключається провідник фази, що приходить, а до нижнього затиску - відходить. Струм при включеному силовому контакті проходить крізь гнучку верхню зв'язок на біметалічну пластину, що керує механізмом розчіплювача. Далі він надходить через обмотку соленоїда на нерухомий силовий контакт, до якого притискається пружинами рухомий контакт, з'єднаний нижнім гнучким зв'язком з затиском, що відходить.

При розриві силового ланцюга під навантаженням завжди створюється дуга, величина якої залежить від потужності потоку електроенергії, що розривається. Її потенціал при певних ситуаціях здатний випалити метал на рухомому та стаціонарному контактах.

Тому в конструкцію включено пристрій, що дугогасить, розділяє дугу на маленькі потоки, що відразу піддаються різкому охолодженню. Їхній шлях показаний на картинці чорними завитушками.

Уставка спрацьовування біметалу може регулюватися положенням гвинта в механізмі розчіплювача, а спрацьовування відсічки встановлено на заводі.

Пластиковий язичок рукоятки через пристрій важелів, що складаються, дозволяє комутувати положення силового контакту вручну.

Часова характеристика захисту автомата

Принцип роботи захисту вимикача в автоматичному режимі демонструє графік з відображенням відношення аварійних струмів до номінального значення I ном по осі абсцис та тривалістю відключення по ординатах.

Зона роботи теплового розчіплювача

При незначному перевищенні навантаження до 1,1 Iном (номінального струму) практично створюється режим, коли відключення відбудеться лише через 10 тисяч секунд або близько 2,5 години. Це тим, що після цього часу подібні струми здатні розігріти електричні дроти до критичного стану, коли почнуться незворотні процеси в шарі ізоляції.

До цього моменту підтримується баланс між підведенням тепла від проходить навантаження по електропроводці та його відведенням у навколишнє середовище.

У такий спосіб створюється резерв нормальної роботи споживачів при короткочасному перевищенні ними номінальної потужності чи виникненні перехідних процесів, що з запуском електродвигунів.

Коли значення перевантаження збільшується, то час відключення тепловим розчіпувачем зменшується, наприклад, при п'яти кратах I ном відключення біметалом відбудеться за проміжок від 0,01 до 1 секунди.

Зона роботи електромагніту відключення

Якщо попередньої схемою працював принцип забезпечення резерву харчування споживачів, то всередині області він неприйнятний. Ця зона призначена для максимально швидкої ліквідації коротких замикань, здатних вчинити аварії у збалансованій енергосистемі, зруйнувати обладнання, створити пожежу в будинку.

Чим більша величина струму КЗ, тим швидше має відпрацювати захист. При кратності аварійних потужностей у 60÷80 разів розрив ланцюга силового контакту повинен проводитися швидше ніж за 10 мілісекунд.

На наведеному графіку видно, що в обох зон є загальна область, всередині якої захисту резервують один одного, а відключення виконує швидкодіючий.

Технічні характеристики автоматичних вимикачів для домашньої проводки

Основними параметрами автоматів є:

значення номінального струму;
величина напруги мережі;
варіант виконання часточної характеристики;
кількість полюсів;
можливості селективності;
гранична комутаційна здатність контактів;
клас струмообмеження;
конструкція корпусу та можливість кріплення на Din-рейку.

Як підібрати автомат по номінальному струму

При визначенні цього параметра найважливіше завдання полягає в тому, щоб вдало дотриматися балансу між:

працездатністю захисних параметрів автоматичного вимикача;
сумарною потужністю одночасно підключених до мережі електричних приладів;
технічними можливостями електропроводки.

Іншими словами, дроти з автоматом повинні витримувати струмове та теплове навантаження, створювані всіма працюючими споживачами, а при її перевищенні потрібно відключення живлення захистами.

Послідовність підбору автоматичного вимикача за цими характеристиками представлена картинкою.

Для одночасного вибору автомата та проводки рекомендується виконати послідовність дій:

обчислити максимальний струм навантаження всіх електроприймачів, що одночасно працюють;
підібрати за стандартним рядом струмів номінал автомата;
вибрати марку електричних проводів за матеріалом міді або алюмінію та розміром площі їх поперечного перерізу, не забуваючи про властивості діелектричного шару.

Як підібрати автомат за частоковою характеристикою

По швидкості відключення струмового електромагнітного відсікання автоматичні вимикачі, що використовуються в побутових цілях, діляться на 3 класи. Для виробничих цілей створюються ще три додаткові групи.

Клас В

Захист створений для будівель зі старою алюмінієвою проводкою, що живить лампи розжарювання, обігрівачі, електроплити, духовки. Кратність струмів лежить у межах 3÷5.

Клас С

Оптимальна робота обладнання сучасних квартир з пральними та посудомийними машинами, офісною технікою, морозильниками, освітлювальними приладами з великими пусковими струмами. Кратність 5÷10.

Клас D

Захист потужних двигунів насосів, компресорів, витягів, обробних верстатів.

У всіх цих класах працюють електромагнітні розчіплювачі, але вони не завжди зможуть виконати потрібну швидкодію. Тому автомати класу D не можна підключати до споживачів, призначених до роботи із захистами класів З і У.

Як підібрати автомат із селективності

У разі виникнення аварій захисту повинні працювати за певною, заздалегідь заданою ієрархією в комплексі з іншими пристроями. Для пояснення цього принципу показана спрощена картинка з автоматом АВ1 в квартирному щитку, АВ2 - під'їзному, АВ3 - на щиті підстанції живлення.

Якщо в приладі, підключеному до розетки електричної квартири, пробилася ізоляція, то можуть спрацювати всі ці захисту. Проте правильною буде наступна послідовність:

первісне відключення АВ1;
коли вона не відбулася, то спрацьовування АВ2 зі зняттям харчування з усього під'їзду;
якщо відмовив АВ3, то працюють захисту, що відключають живлення з усього будинку.

Вибірковість подібного спрацьовування здійснюється за рахунок підбору струмових і часових параметрів пристроїв, що відключають.

Як підібрати автомат за граничною комутаційною здатністю

Під цією величиною розуміється значення максимального навантаження в амперах, яке здатний надійно розривати автоматичний вимикач під час аварії. Якщо її буде перевищено, то механізм просто вийде з ладу.

На ПКС впливають:

матеріал дротів;
віддалення від живильного трансформатора.

Іноді цей параметр плутають із комутаційною зносостійкістю, що вказує на кількість гарантованих заводом спрацьовувань до початку зносу механізмів.

Як підібрати автомат за класом струмообмеження

Побутові апарати захисту відрізняються швидкодією спрацьовування, яке класифікують тривалістю зняття живлення по відношенню до половини періоду гармоніки синусоїди.

Його виражають цифрами «1», «2», «3» і записують дробом, у якого в чисельнику 1.

Клас 2 відключає КЗ за півперіоду, а 3 - 1/3. Клас 3 працює не тільки швидше, але й унеможливлює аварійні струми досягнення свого максимуму. За забезпечення цієї характеристики він вважається найдосконалішим, найоптимальнішим.

Як підібрати автомат із опору петлі фаза-нуль

Це досить складне питання, якому не приділяють уваги навіть частина електриків ЖКГ. Але якщо його не враховувати, то вся попередня робота щодо вибору автоматичного вимикача може не виправдатися.

Автомат квартирного щитка вимикає струми КЗ, що виникають у підключеній схемі. При цьому на нього приходить напруга від трансформатора, що живить, по проводах, які мають певний електричний опір і за знаменитим законом Георга Ома цим обмежують величину струму в ланцюгу.

Розглянемо це становище з прикладу. Припустимо, що приладом електротехнічної лабораторії заміряли в розетці опір проводів фаза-нуль (від споживача квартири до ТН, що живить) в 1,3 Ома. Напруга мережі дорівнює 220 вольт.

Струм КЗ складе Iкз = 220/1,3 = 169,2 А.

Створимо подумки металеве коротке замикання в розетці та розрахуємо його струм за формулами ПУЕ для захисту автоматом класу D з номіналом 16 ампер.

I = 1,1 х16 × 20 = 352 А.

1,1 – запланований запас;
16 - струмовий номінал автомата;
20 - максимальний параметр кратності струму відсічення.

Два проведені розрахунку показали, що у схемі може виникнути струм лише 169,2 ампера. А для його відключення підібрали автомат, який працюватиме за 352 амперів. Природно, що він не підходить за цим параметром для квартири, що розглядається, і не зможе відключати струми КЗ.

Як підібрати автомат за кількістю полюсів

Зазвичай захист врізають у фазний провід квартири крім ввідних вимикачів, якими знімають і потенціал нуля. Це правило діє і в трифазних ланцюгах, де застосовують моделі з трьома або чотирма полюсами.

Згадаймо, що захисний нуль ніде і ніколи за жодних обставин не повинен розриватися.

Додаткові характеристики автоматів

До них відносяться:

напруга мережі;
частота змінного струму;
ступеня захисту корпусу (класи IP);
можливості роботи у різних температурних умовах.

Вибір виробника

Коли купується багато автоматів для встановлення в одному будинку, рекомендується зупинитися на єдиному бренді. Але доведеться врахувати відведені на купівлю матеріальні витрати.

За інших випадках допускається використовувати надійні бюджетні моделі.

Після придбання автомата до підключення до роботи важливо перевірити основні електричні характеристики апаратурою електротехнічної лабораторії. При цьому створюються реальні умови аварії методами провантаження від додаткового джерела напруги та аналізується поведінка захисту, складається протокол перевірки за підписами відповідальних працівників, видається висновок про придатність.

Це дозволить унеможливити наслідки недбалого транспортування, порушення режиму зберігання на складах та заводський шлюб, що важливо для забезпечення подальшої надійної роботи захисту.

Вводячи в роботу щойно куплений та неперевірений автомат, ви не маєте жодних гарантій його надійності.

Для більш повного закріплення матеріалу статті рекомендуємо подивитися два віодоролики.

Встановлення автоматів захисту

Автомати захисту в електричних ланцюгах є пристроями, що автоматично вимикають електроживлення шляхом розмикання контактів. Контакти розмикаються при короткому замиканні, перевищенні струмового навантаження понад розрахункове і при появі ненормованих струмів витоку в мережі. Автомати захисту служать також як вимикач для ручного розмикання мережі.
У свою чергу автомати захисту діляться на наступні групи:

модульні плавкі запобіжники (разового використання);

електромеханічні пристрої (багаторазового використання), що реагують на струми вище за струм спрацьовування та на нагрівання проводів внаслідок перевищення номінальних струмів навантаження, що прийшли на зміну плавким запобіжникам.

пристрої захисного відключення (ПЗВ), що з'явилися відносно недавно, реагують на появу струму витоку, якого в нормальній мережі бути не повинно. Використовуються для захисту людей, які потрапили під загрозу ураження електричним струмом, а також для захисту від ризику пожежі при порушенні ізоляції проводів та контактів;

Останнім часом з'явилися також комбіновані прилади, що поєднують автомат захисту та ПЗВ, так звані диффавтомати.

диффавтомат - пристрій захисту

У цій статті ми розглянемо автомати захисту, особливості їхнього пристрою, вибору та монтажу.

Влаштування автоматів захисту

1.Сучасний автомат захисту є від однієї (одна фаза) до чотирьох (три фази з нульовим проводом) пар підпружинених контактів ув'язнених у пластмасовий корпус. Контакти у замкнутому стані утримуються за допомогою клямки. Для замикання контактів служить виведений назовні важіль. Натискаючи на важіль, долаючи опір пружини розмикання, ми замикаємо контакти, і вони фіксуються у замкненому стані засувкою.

2.Для розмикання контактів достатньо відсунути клямку, і пружина розмикання, прикріплена до контакту, що розмикає (контактам), розімкне ланцюг. Електрична дуга, що виникає при розмиканні контактів, гаситься спеціальним пристроєм гасіння. Засувка відсувається для розмикання, по-перше, соленоїдом, включеним у ланцюг послідовно при певному

значенні струму, що протікає через нього, і, по-друге, біметалічної пластиною, теж включеної послідовно, що згинається при нагріванні і зсуває засувку для розмикання. Можна також розімкнути контакти вручну, натиснувши на кнопку, яка механічно пов'язана із засувкою. Зверху і знизу розташовані контакти (клеми) для з'єднання з проводами. Кріпиться пристрій клацанням на так званій DIN - рейка (DIN - Дойче Індустрі Нормен - німецькі стандарти промисловості) DIN - рейка оснащуються вхідні щитки електромереж, в ці щитки також встановлюються електролічильники. Ставиться автомат на DIN-рейку простим клацанням, а для зняття необхідно викруткою зрушити спеціальну рамку фіксації.

Автомат захисту захищає електромережу та прилади, підключені після нього.
При короткому замиканні сила струму, що протікає через соленоїд, багаторазово збільшується, соленоїд втягує сердечник, з'єднаний із клямкою і ланцюг розмикається. Якщо струмове навантаження збільшується (до спрацьовування соленоїда) і це викликає наднормативний нагрівання проводів, спрацьовує біметалічна пластина. При цьому якщо спрацьовування соленоїда становить близько 0,2 сек., то час спрацьовування біметалічної пластини - близько 4 сек.

Номінальний струм та струм миттєвого розчеплення автомата. Вибір автомата захисту

Основною характеристикою при виборі автомата є номінальний струм, який вказується на маркування автоматів. Щоб зрозуміти його сенс, потрібно знати, що будь-яка електромережа складається з так званих груп, кожна група утворює незалежну «петлю», всі петлі підключені до вхідних проводів паралельно, тобто незалежно. Це робиться, по-перше, для підвищення надійності роботи електромережі та зменшення можливості перевантажень, по-друге, за допомогою груп усі струмові навантаження вирівнюються та приводяться до деяких стандартних значень, що дозволяє економити на проводах – для кожної групи вибирається свій переріз проводів.
Як правило, одну групу складають прилади освітлення, іншу – розетки, третю енергоспоживаючі електроплити, пральні машини тощо. По кожній групі при проектуванні мережі електропостачання визначається номінальний струм, виходячи з якого розраховується поперечний переріз проводів. Слід зазначити, що номінальний струм групи споживачів розраховується не простим підсумовуванням потужностей споживачів, і з урахуванням ймовірності одночасного включення кількох споживачів у мережу. Для цього вводиться так званий коефіцієнт ймовірності, що розраховується за спеціальною методикою.

З розрахункових номінальних струмів кожної групи споживачів, розраховується необхідне переріз проводів, і вибираються автомати захисту (кожну групу ставиться свій автомат). Вибираються автомати в такий спосіб, що з відомому номінальному струму групи вибирається автомат із найближчим значенням номінального струму. Наприклад, при номінальному струмі групи 15А вибираємо автомат зі значенням номінального струму 16А.

Потрібно розуміти, що автомат захисту спрацьовує не при невеликому перевищенні номінального струму, а при струмі в мережі, що в кілька разів перевищує номінальний. Цей струм називається струм миттєвого розчеплення (на відміну від струму спрацьовування біметалічної пластини) автомата захисту. Це другий параметр, який потрібно враховувати під час вибору автомата. За величиною струму миттєвого розчеплення, вірніше по відношенню до номінального струму, автомати діляться на три групи, що позначаються латинськими літерами; З; і D. (У Європейському Союзі випускаються автомати та класу А.) Що означають ці літери?

Автомати класу розраховані на миттєве розчеплення при струмі вище 3-х і до 5-ти номінальних струмів.
Клас С відповідно вище 5-ти та до 10-ти номінальних струмів.
Клас D - вище 10-ти і до 20-ти номінальних струмів.

Навіщо введені ці класи?

Справа в тому, що існує таке поняття як пусковий струм навантаження, який може для деяких споживачів перевищувати номінальний робочий струм у кілька разів. Наприклад, будь-які електродвигуни в момент пуску (поки ротор двигуна нерухомий) працюють практично в режимі короткого замикання, тобто навантажують мережу активним опором мідних обмоток, який невеликий. І лише коли ротор двигуна набирає обертів, з'являється реактивний опір, що зменшує струм. Пускові струми електродвигунів у 4-5 разів перевищують номінальні (робочі струми). (Правда тривалість протікання пускових струмів невелика, біметалічна пластина автомата захисту спрацювати не встигне).

Якщо ми для захисту двигунів застосуємо автомати класу, то отримаємо при кожному пуску двигуна помилкове спрацювання автомата на пусковий струм. І, можливо, взагалі не зможемо запустити двигун. Саме тому захисту двигунів потрібно застосовувати автомати класу D.

захист автомата від пускових струмів - електродвигун

Клас В – для захисту освітлювальних мереж, нагрівальних приладів, де пускові струми мінімальні або відсутні. Відповідно клас С – для приладів із середніми пусковими струмами.

середні пускові струми - лампи освітлення

Звичайно для вибору автомата захисту необхідно враховувати напругу, тип струму, робоче середовище і т.д., але все це особливих коментарів не потребує.

Встановлення та монтаж автоматів захисту

Відразу зазначимо, що роботи з встановлення та монтажу автоматів захисту повинні проводитись кваліфікованим персоналом, який пройшов відповідне навчання та має допуск на право проведення подібних робіт. Це – вимога безпеки, викладена у ПУЕ.

Установка та монтаж автоматів виробляються на основі принципової схеми, яка має бути прикріплена на видному місці усередині вхідного щитка електроживлення. Принципова схема конкретної установки розробляється з урахуванням типових схем. Як правило, у вхідному щитку розташовується наступне обладнання:

На вході встановлюється вимикач – рубильник, пакетний вимикач чи загальний автомат захисту (у сучасних щитках ставляться автомати захисту). Це робиться для того, щоб можна було проводити електромонтажні роботи всередині щитка просто відключивши весь щиток від електроживлення.
Далі підключається електролічильник, який пломбується для захисту від різноманітних «умільців» «економити» електроенергію.
Після лічильника проводи розгалужуються на групи, і на вході кожної групи ставиться свій автомат захисту, а після нього - ПЗВ (пристрій захисного відключення). ПЗВ вибираються таким чином, щоб їх номінальний струм перевищував номінальний струм автомата захисту. Далі дроти виходять із щитка до груп споживачів, кожної групи своїм окремим кабелем.

Автомати захисту та ПЗВ кріпляться на DIN-рейці. Сам монтаж складнощів не представляє, потрібно тільки помітити, що для полегшення монтажу існують готові планки перемичок або перемички - це для подачі, наприклад, на всі автомати фазної напруги, вхідний провід підключається до першого автомата, а до інших - за допомогою перемичок. Також у щитку встановлюються загальні затискні планки для нульових проводів та для проводів заземлення. Все це значно полегшує монтаж.