Содержание:

С самого начала использования электроцепей на бытовом и промышленном уровне, возникла проблема защиты линий от токовых перегрузок. Это необходимо для сохранения приборов, бытовой техники, всех элементов в цепи от разрушения в случае короткого замыкания, в том числе и самих проводов. При токах, превышающих расчетное сечение проводов, изоляция и токопроводящая структура металла плавятся, чтобы этого избежать, цепь надо немедленно отключить от источника питания. К каждому участку цепи дежурного электрика не приставишь, отключения должны происходить в автоматическом режиме. Было придумано много способов: тепловые реле, биметаллические пластины, плавкие предохранители и другие. Последние приборы, которые сейчас эффективно используются в электросетях, - это автоматические выключатели.

Общие понятия и область применения

Конструктивно это обычное устройство коммутации, переключатель, положение которого можно устанавливать вручную (включено или выключено). Но этот прибор предусматривает автоматическое отключение при превышении номинального тока, проходящего через контакты. Повышенный ток может возникнуть при подключении электроприборов, потребляющих большую мощность, или коротком замыкании в цепи неисправных электропотребителей.

В производственных, жилых, административных зданиях и других сооружениях автоматы устанавливаются в распределительных щитах. Но производители бытовой техники, различного электрооборудования на своих изделиях тоже включают в схему автоматические выключатели, это является дополнительной защитой. Бытует ошибочное мнение, что автоматические выключатели защищают обслуживающий персонал от поражения электрическим током. Для этого в цепи устанавливается УЗО (устройство защиты от прикосновения), конструкция и принципы работы которого требуют отдельного более детального рассмотрения. Обычные автоматы защиты выполняют следующие функции:

• коммутацию, подключение и выключение в ручном режиме;
• автоматическое отключение цепи при токах, превышающих установленное значение;
• практически мгновенное отключение при очень высоких токах короткого замыкания.

Получается, что эти приборы выполняют опции управления и защиты электросети, главная задача - исключить перегрев проводов и плавление изоляции, за которыми следует короткое замыкание. В итоге превышения токовых перегрузок может возникнуть возгорание со всеми вытекающими последствиями.

Виды автоматических выключателей

Все автоматические выключатели можно разделить по конструктивному исполнению и величине пропускаемого тока:

• Воздушные автоматические выключатели - способны пропускать в рабочем режиме токи в тысячи ампер, поэтому используются на промышленных объектах с потреблением большой мощности электроэнергии.

• Автоматы в литом корпусе - имеют широкий диапазон рабочего тока от 16 до 1000 А, поэтому они универсальны, широко применяются на бытовых и промышленных объектах.

• Модульные автоматы выключения - такие изделия наиболее востребованы на бытовом уровне, используются для защиты электрических цепей в квартирах, частных домах и других объектах хозяйственного назначения, где используется электричество.

Производители делают изделия одного размера со стандартными креплениями на -рейку, но разные по номиналам рабочего тока: 1, 2, 3, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40 А и более.

Кроме разных величин рабочего тока, автоматические выключатели отличаются количеством полюсов, подключаемых к ним:

• Однополюсные автоматы защищают участок цепи от распределительного щита до потребителя электроэнергии (до розетки или лампочки). Однофазный автомат повышает надежность работы, но не гарантирует полной защиты цепи от фазы из РЩ через нагрузку до нулевой шины в РЩ.

Чтобы повысить надежность защиты участка цепи, надо защитные автоматы устанавливать на оба полюса (на фазный и нулевой провод в распределительном щите).

• Двухполюсный защитный автомат осуществляет полное отключение однофазной цепи (разрывается фазный и нулевой провода).

Такие автоматы применяют в сетях, где подключаются нагревательные электроприборы большой мощности, кухонные плиты, кондиционеры и сплит-системы. Используются в трехфазных сетях, где приборы рассчитаны на напряжение 380 В;

• Трехполюсный электрический автомат устанавливается в трехфазной сети четырехпроводного кабеля. При эксплуатации электроприборов, подключаемых по схеме звезда или треугольник (электродвигатели), фазы проходят через автомат защиты, а нулевой провод минует его. При превышении установленного значения тока или температуры на одной из фаз отключаются все три.
• Четырехполюсный электрический автомат чаще всего используется как вводный автомат для защиты сети, к которой подключен электродвигатель большой мощности по схеме звезда.

При аварии на одной из фаз сеть полностью обесточивается, защитные автоматы отключают все четыре провода от источника питания.

Основные технические характеристики

Независимо от марки автоматического выключателя важными для всех являются следующие электрические параметры:

• максимально допустимое и рабочее напряжение;
• максимально допустимый рабочий ток;
• допустимая мощность;
• величина тока отключения расцепителя;
• время срабатывания расцепителя при превышении порогового значения тока;
• предельно допустимая температура проводников;
• время срабатывания автоматического выключателя при достижении пороговой температуры на биметаллической пластине и многие другие параметры, которые важны при выборе автоматического выключателя.

Профессионалы хорошо знают основные технические характеристики защитных автоматов различных моделей, у них не возникает вопросов, как выбрать автоматы защиты. Для потребителей на бытовом уровне, чтобы не вдаваться в сложные графики и физические формулы, достаточно знать перечисленные выше значения и следующую классификацию:

В – автоматический выключатель этой категории срабатывает при превышении номинального значения токов в 3–5 раз. Они эффективны при использовании на объектах со старой проводкой;

С – электрические автоматы этой категории срабатывают при превышении рабочей токовой нагрузки в 5–10 раз, их можно применять в новостройках, где установлена новая проводка с медными проводами;

D – автоматический выключатель с минимальным временным интервалом срабатывания при превышении пороговой температуры и тока. Отключение происходит мгновенно, что надежно защищает от перегорания обмоток электродвигателей.

Конструкция, основные элементы и принцип работы

Все рассмотренные виды автоматов имеют различные размеры, конструктивные особенности, технические характеристики, но принцип работы и основные элементы у них одинаковы. Поэтому рассмотрим, как работает панельный однополюсный электрический автомат.

Чем выше ток, больше температура, тем сильнее изгибается пластина, воздействуя на механизм размыкания контактов.

Основные характеристики автоматических выключателей указываются производителями на корпусе.

Если вам сложно ориентироваться, выбирая автоматы защиты, в терминологии технических характеристик, проконсультируйтесь у продавца или попросите грамотного специалиста помочь выбрать нужный автоматический выключатель.

Как работает автоматический выключатель

Автоматические выключатели (выключатели, автоматы) являются коммутационными электрическими аппаратами, предназначенными для проведения тока цепи в нормальных режимах и для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов (токов короткого замыкания, токов перегрузки, снижения или исчезновения напряжения, изменения направления тока, возникновения магнитного поля мощных генераторов в аварийных условиях и др.), а также для нечастой коммутации номинальных токов (6-30 раз в сутки).

Благодаря простоте, удобству, безопасности обслуживания и надежности защиты от токов короткого замыкания эти аппараты широко применяются в электрических установках малой и большой мощности.

Автоматические выключатели относятся к коммутационным аппаратам ручного управления, однако многие типы имеют электромагнитный или электродвигательный привод, что дает возможность управлять ими на расстоянии.

Принцип действия

Выключаются автоматы обычно вручную (приводом или дистанционно), а при нарушении нормального режима эксплуатации (появление сверхтоков или снижение напряжения) - автоматически. При этом каждый автомат снабжается расцепителем максимального, а в некоторых типах расцепителем минимального напряжения.

По выполняемым функциям защиты автоматические выключатели делятся на автоматы: максимального тока, понижения напряжения и обратной мощности.

Автоматы максимального тока служат для автоматического размыкания электрической цепи при возникновении в ней токов короткого замыкания и перегрузок сверх установленного предела. Заменяя собой, рубильник и плавкий предохранитель, они обеспечивают более надежную и избирательную защиту при нештатных режимах.

Если условия среды отличны от нормальных (влажность воздуха выше 85% и в нем содержатся примеси вредных паров), то автоматические выключатели следует помещать в ящики и шкафы пылевлагонепроницаемого и химостойкого исполнения.

Классификация

Автоматические выключатели подразделяются на:

• установочные автоматические выключатели имеют защитный изоляционный (пластмассовый) корпус и могут устанавливаться в общедоступных местах;

• универсальные - не имеют такого корпуса и предназначены для установки в распределительных устройствах;

• быстродействующие (собственное время срабатывания не превышает 5 мс);

• небыстродействующие (от 10 до 100 мс);

Быстродействие обеспечивается самим принципом действия (поляризованный электромагнитный или индукционно-динамический принципы и др.), а также условиями для быстрого гашения электрической дуги. Подобный принцип используется в токоограничивающих автоматах;

• селективные , имеющие регулируемое время срабатывания в зоне токов короткого замыкания;

• автоматы обратного тока , срабатывающие только при изменении направления тока в защищаемой цепи;

• Поляризованные автоматы отключают цепь только при нарастании тока в прямом направлении, неполяризованные - при любом направлении тока.

Конструкция

Особенности конструкции и принцип действия автомата определяются его назначением и сферой применения.

Включение и выключение автомата может производиться вручную, электродвигательным или электромагнитным приводом.

Ручной привод применяется при номинальных токах до 1000 А и обеспечивает гарантируемую предельную коммутационную способность вне зависимости от скорости движения включающей рукоятки (оператор должен производить операцию включения решительно: начав - доводить до конца).

Электромагнитный и электродвигательный приводы питаются от источников напряжения. Схема управления привода должна иметь защиту от повторного включения на короткозамкнутую цепь, при этом процесс включения автомата на предельные токи короткого замыкания должен прекратиться при напряжении питания 85 - 110% от номинального.

При перегрузках и токах короткого замыкания отключение выключателя производится независимо от того, удерживается ли рукоятка управления во включенном положении.

Важной составной частью автомата является расцепитель , который контролирует заданный параметр защищаемой цепи и воздействует на расцепляющее устройство, отключающее автомат. Кроме того, расцепитель позволяет производить дистанционное отключение автомата. Наиболее широкое распространение получили расцепители следующих типов:

• электромагнитные для защиты от токов короткого замыкания;

• тепловые для защиты от перегрузок;

• комбинированные;

• полупроводниковые, обладающие большой стабильностью параметров срабатывания и удобством в настройке.

Для коммутации цепи без тока или для редких коммутаций номинального тока могут применяться автоматы без расцепителей.

Выпускаемые промышленностью серии автоматических выключателей рассчитаны на применение в различных климатических поясах, размещение в местах с разными условиями эксплуатации, на работу в условиях, различных по механическим воздействиям и по взрывоопасности среды, и обладают разной .

Информация о конкретных типах аппаратов, их типоисполнениях и типоразмерах приведена в нормативно-технических документах. Как правило, таким документом являются Технические условия (ТУ) завода . В некоторых случаях с целью унификации для изделий, имеющих широкое применение и производимых несколькими предприятиями, уровень документа повышается (иногда до уровня Государственного стандарта).

Автоматические выключатели состоят из следующих основных узлов:

• контактной системы;

• дугогасительной системы;

• расцепителей;

• механизма управления;

• механизма свободного расцепления.

Контактная система состоит из неподвижных контактов, закрепленных в корпусе, и подвижных контактов, шарнирно посаженных на полуоси рычага механизма управления, и обеспечивает, обычно, одинарный разрыв цепи.

Дугогасительное устройство устанавливается в каждом полюсе выключателя и предназначается для локализации электрической дуги в ограниченном объеме. Оно представляет собой дугогасительную камеру с деионной решеткой из стальных пластин. Могут быть предусмотрены также искрогасители, представляющие собой фибровые пластины.

Механизм свободного расцепления представляет собой шарнирный 3- или 4-звенный механизм, который обеспечивает расцепление и отключение контактной системы как при автоматическом, так и при ручном управлении.

Электромагнитный максимальный расцепитель тока , представляющий собой электромагнит с якорем, обеспечивает автоматическое отключение выключателя при токах короткого замыкания, превышающих уставку по току. Электромагнитные расцепители тока с устройством гидравлического замедления срабатывания имеют обратнозависимую от тока выдержку времени для защиты от токов перегрузки.

Тепловой максимальный расцепитель представляет собой термобиметаллическую пластину. При токах перегрузки деформация и усилия этой пластины обеспечивают автоматическое отключение выключателя. Выдержка времени уменьшается с ростом тока.

Полупроводниковые расцепители состоят из измерительного элемента, блока полупроводниковых реле и выходного электромагнита, воздействующего на механизм свободного расцепления автомата. В качестве измерительного элемента используется трансформатор тока (на переменном токе) или дроссельный магнитный усилитель (на постоянном токе).

Полупроводниковый расцепитель тока допускает регулировку следующих параметров:

• номинального тока расцепителя;

• уставки по току срабатывания в зоне токов короткого замыкания (ток отсечки);

• уставки по времени срабатывания в зоне токов перегрузки;

• уставки по времени срабатывания в зоне токов короткого замыкания (для селективных выключателей).

Во многих автоматах применяют комбинированные расцепители, использующие тепловые элементы для защиты от токов перегрузок и электромагнитные для защиты от токов коротких замыканий без выдержки времени (отсечки).

Выключатель имеет также дополнительные сборочные единицы, которые встраиваются в выключатель или крепятся к нему снаружи. Ими могут быть независимый, нулевой и минимальный расцепители, свободные и вспомогательные контакты, ручной и электромагнитный дистанционный привод, сигнализация автоматического отключения, устройство для запирания выключателя в положении „отключено".

Независимый расцепитель представляет собой электромагнит с питанием от постороннего источника напряжения. Минимальный и нулевой расцепители могут выполняться с выдержкой времени и без выдержки времени. С помощью независимого или минимального расцепителя возможно дистанционное отключение автомата.

Условия эксплуатации

Автоматические выключатели выпускаются в исполнениях с разной степенью защиты от прикосновений и внешних воздействий (IPOO, IP20, IP30, IP54). При этом степень защиты зажимов для присоединения внешних проводников может быть ниже степени защиты оболочки выключателя.

Выключатели изготавливают в 5-ти климатических исполнениях и 5-ти категорий размещения, что кодируется буквами У, УХЛ, Т, М, ОМ и цифрами 1,2,3,4,5.

Выключатели рассчитаны для работы в продолжительном режиме в следующих условиях:

• установка на высоте не более 1000 м над уровнем моря (выключатели серии АП50 и АЕ1000 - на высоте не более 2000 м над уровнем моря);

• температура окружающего воздуха от - 40 (без выпадения росы и инея) до +40°С (для выключателей серии АЕ1000 - от +5 до +40°С);

• относительная влажность окружающей среды не более 90% при 20°С и не более 50% при 40°С;
  

• окружающая среда - невзрывоопасная, не содержащая пыли (в том числе токопроводящей) в количестве, нарушающем работу выключателя, и агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию;

• место установки выключателя - защищенное от попадания воды, масла, эмульсии и т.п.;

• отсутствие непосредственного воздействия солнечной и радиоактивной радиации;

• отсутствие резких толчков (ударов) и сильной тряски; допускается вибрация мест крепления выключателей с частотой до 100 Гц при ускорении не более 0,7 g.

Группы условий эксплуатации электротехнических изделий в части воздействия механических факторов внешней среды определены ГОСТ 17516.1-90. В соответствии с данными каталогов автоматические выключатели предназначены для эксплуатации в группах Ml, М2, МЗ, М4, Мб, М9, М19, М25.

По технике безопасности автоматические выключатели соответствуют ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 12.2.007.6-75, требованиям „Правил устройств электроустановок" и обеспечивают условия эксплуата­ции, установленные „Правилами технической эксплуатации установок потребителем" и „Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителем", утвержденными Госэнергонадзором 21.12.94 г. В части защиты от токов утечки выключатели соответствуют требованиям ГОСТ 12.1.038-82.

Эксплуатация в нерабочем состоянии (хранение и транспортирование при перерывах в работе) соответствует ГОСТ 15543-70 и ГОСТ 15150-69.

Для защиты бытовых электрических цепей обычно используются автоматические выключатели модульной конструкции. Компактность, легкость монтажа и замены, в случае необходимости, объясняет их широкое распространение.

Внешне такой автомат представляет собой корпус из термостойкой пластмассы. На лицевой поверхности расположена рукоятка включения и выключения, сзади – фиксатор-защелка для крепления на DIN-рейке, а сверху и снизу – винтовые клеммы. В данной статье рассмотрим .

Как работает автоматический выключатель?

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

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

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

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

Как работает автомат в режиме перегрузки

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

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

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

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

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

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

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

Как работает автомат в режиме короткого замыкания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вот таков в условиях различных аварийных ситуаций.

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

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

Эта статья продолжает серию публикаций по электрическим аппаратам защиты — автоматическим выключателям, УЗО, дифавтоматам, в которых мы подробно разберем назначение, конструкцию и принцип их работы, а также рассмотрим их основные характеристики и детально разберем расчет и выбор электрических аппаратов защиты. Завершит этот цикл статей пошаговой алгоритм, в котором кратко, схематично и в логической последовательности будет рассмотрен полный алгоритм расчета и выбора автоматических выключателей и УЗО.

Чтобы не пропустить выход новых материалов по этой теме подписывайтесь на новостную рассылку, форма подписки внизу этой статьи.

Ну а в этой статье мы разберемся, что же такое автоматический выключатель, для чего предназначен, как он устроен и рассмотрим, как он работает.

Автоматический выключатель (или обычно просто «автомат») - это контактный коммутационный аппарат, который предназначен для включения и отключения (т.е. для коммутации) электрической цепи, защиты кабелей, проводов и потребителей (электрических приборов) от токов перегрузки и от токов короткого замыкания.

Т.е. автоматический выключатель выполняет три основный функции:

1) коммутацию цепи (позволяет включать и отключать конкретный участок электрической цепи);

2) обеспечивает защиту от токов перегрузки, отключая защищаемую цепь, когда в ней протекает ток, превышающий допустимый (например, при подключении в линию мощного прибора или приборов);

3) отключает от питающей сети защищаемую цепь, когда в ней возникают большие по значению токи короткого замыкания.

Таким образом, автоматы выполняют одновременно и функции защиты и функции управления .

По конструктивному исполнению выпускаются три основных типа автоматических выключателей:

— воздушные автоматические выключатели (применяются в промышленности в цепях с большими токами в тысячи ампер);

— автоматические выключатели в литом корпусе (рассчитаны на большой диапазон рабочих токов от 16 до 1000 Ампер);

— модульные автоматические выключатели , наиболее нам известные, к которым мы привыкли. Они широко применяются в быту, в наших домах и квартирах.

Модульными они называются потому, что их ширина стандартизирована и в зависимости от количества полюсов, кратна 17.5 мм, более подробно этот вопрос будет рассмотрен в отдельной статье.

Мы с вами, на страницах сайта , будем рассматривать именно модульные автоматические выключатели и устройства защитного отключения.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

Тепловой расцепитель срабатывает не сразу, а через какое-то время, давая возможность току перегрузки вернуться к своему нормальному значению. Если же в течение этого времени ток не снижается, тепловой расцепитель срабатывает, защищая цепь потребителей от перегрева, оплавления изоляции и возможного возгорания проводки.

К перегрузке может приводить подключение в линию мощных приборов, превышающих расчетную мощность защищаемой цепи. Например, при включении в линию очень мощного нагревателя или электроплиты с духовкой (с мощностью, превышающей расчетную мощность линии), или одновременно несколько мощных потребителей (электроплита, кондиционер, стиральная машина, бойлер, электрочайник и т.п.), либо большого количества одновременно включенных приборов.

При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает, наводимое в катушке по закону электромагнитной индукции магнитное поле перемещает сердечник соленоида, который приводит в действие механизм расцепителя и размыкает силовые контакты автоматического выключателя (т.е. подвижный и неподвижный контакты). Линия размыкается, позволяя снять с аварийной цепи питание и защитить от возгорания и разрушения сам автомат, электропроводку и замкнувший электроприбор.

Электромагнитный расцепитель срабатывает практически мгновенно (около 0,02с), в отличие от теплового, но при значительно больших значениях тока (от 3-х и более значений номинального тока), поэтому электропроводка не успевает нагреться до температуры плавления изоляции.

При размыкании контактов цепи, когда в ней проходит электрический ток, возникает электрическая дуга, и чем больше ток в цепи — тем дуга мощнее. Электрическая дуга вызывает эррозию и разрушение контактов. Чтобы защитить контакты автоматического выключателя от ее разрушающего действия, дуга, возникающая в момент размыкания контактов, направляется в дугогасительную камеру (состоящую из параллельных пластин), где она дробится, затухает, охлаждается и исчезает. При горении дуги образуются газы, они отводятся наружу из корпуса автомата через специальное отверстие.

Автомат не рекомендуется использовать в качестве обычного выключателя цепи, особенно если его отключать при подключенной мощной нагрузке (т.е. при больших токах в цепи), поскольку это ускорит разрушение и эррозию контактов.

Итак, давайте резюмируем:

— автоматический выключатель позволяет коммутировать цепь (переводя рычаг управления вверх – автомат подключается к цепи; переводя рычаг вниз – автомат отключает питающую линию от цепи нагрузки);

— имеет встроенный тепловой расцепитель, который защищает линию нагрузки от токов перегрузки, он инерционен и срабатывает через некоторое время;

— имеет встроенный электромагнитный расцепитель, защищающий линию нагрузки от больших токов короткого замыкания и срабатывает почти мгновенно;

— содержит дугогасящую камеру, которая защищает силовые контакты от разрушительного действия электромагнитной дуги.

Конструкцию, назначение и принцип действия мы разобрали.

В следующей статье мы рассмотрим основные характеристики автоматического выключателя, которые необходимо знать при его выборе.

Смотрите Конструкция и принцип работы автоматического выключателя в видеоформате:

Полезные статьи

Каждый мастер по ремонту и установке электрооборудования знает, что электрический ток является источником повышенной опасности, поэтому во время проектирования и монтажа линий уделяет этому особое внимание. Среди прочих устройств, которые призваны обеспечить нормальную и правильную работу магистралей и приборов в штатном режиме, большую популярность завоевал автоматический выключатель, который исполняет множество функций по обеспечению безопасности. В данной статье рассмотрены классы автоматического выключателя, для чего он нужен, принцип работы и сферы применения, а также алгоритм подключения устройства.

Виды выключателей

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

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

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

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

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

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

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

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

Расцепитель

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

Приборы для сверхвысокой нагрузки

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

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

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

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

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

Зачем нужен автомат

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

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

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

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

1. Элегазовая ветка;
2. Вакуумный элемент.

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

Процесс монтажа

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

Важно! Если нет достаточного опыта и знаний в данной сфере, а также специального инструмента с диэлектрическими ручками, самостоятельно пытаться смонтировать любой тип автоматического выключателя не рекомендуется, так как это может привести к травмам и увечьям.

Установка или замена отработанного автомата осуществляется согласно следующему алгоритму действий:

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

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

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

Видео