Автоматический выключатель или сокращенно именуемый как «автомат»- самый распространенный аппарат, отключающий от сети электротехнику при аварийных ситуациях, происходящих в электрических сетях напряжением до 1000 Вольт. Автоматический выключатель предназначен для защиты электрического оборудования от токов короткого замыкания и продолжительных по времени перегрузок (если встроено ), включаемых и отключаемых как вручную, так и дистанционно. Используется в сетях постоянного и переменного токов. На заводах – изготовителях выпускают одно-, двух- и трехполюсные автоматические выключатели.
В настоящее время автоматы выпускают различных марок, но все они имеют одинаковые конструктивные части:
Главные силовые контакты;
Дугогасительная камера;
Электромагнитный расцепитель;
Тепловой расцепитель;
Механизм включения и отключения.
Ток по автоматическому выключателю протекает в следующем порядке: силовые контакты, тепловой расцепитель, электромагнитный расцепитель.
Силовые контакты состоят из неподвижного и подвижного, приводящегося в движение механизмом включения. При включении автомата или замыкании его силовых контактов необходимо прикладывать усилия, т.к. составные части включающего устройства входят в зацепление друг с другом, осуществляя продолжительное нажатие силовых контактов. Отключение автомата происходит при легком нажатии на привод механизма. Это объясняется тем, что при разрыве силовых контактов, по которым протекает большой ток (короткое замыкание, перегрузка) возникает электрическая дуга, обладающая разрушающим воздействием. И, соответственно, чем быстрее разомкнутся контакты, тем меньше по продолжительности «существование» дуги!
Стенки дугогасительной камеры, куда помещаются силовые контакты, сделаны из фибры, в которые вставлена деионная решетка в виде «вилочек». Появление электрической дуги сопровождается выделение теплоты, вызывающей выделение газа из фибры. Газ, в свою очередь, сокращает горение дуги. Деионная решетка делит дугу несколько коротких дуг, тем самым ослабляя разрушающее действие.
Электромагнитный расцепитель состоит из катушки (3-7 витков силового медного провода) и сердечника, помещенного внутри катушки. При протекании тока по силовым контактам в 3-4 раза превышающего номинальный ток автомата, магнитный поток катушки выталкивает сердечник, который воздействует на механизм отключения силовых контактов.
На корпусе автоматического выключателя указывают величину напряжения на которое он рассчитан, род тока (переменный или постоянный),номинальный ток, ток срабатывания электромагнитного расцепителя, количество полюсов.
Автоматический выключатель применяется в электрической сети для обеспечения защиты электроприборов, кабелей и проводов от токов, пуска и остановки однофазных и трехфазных электрических двигателей а также от длительных перегрузок в сети. Является одним из основных приборов .
Основная классификация автоматов напрямую зависит от их работы, области применения. Так выключатели одно - двухполюсные применяются при эксплуатации большинства электрических приборов. Трех - четырехполюсные автоматы применяются, как правило, в электроцепях переменного тока при нагрузке для защиты электродвигателей.
Принципиальная схема автоматического выключателя
Элементы автоматического выключателя
- корпус из термостойкого пластика
- рукоятка из пластика для его включения и выключения
- защелка-фиксатор для защелкивания устройства на DIN-рейке
Схема и принцип работы автомата
При включении автомата напряжение идет на клемму 4, расположенную сверху, затем направляется через биметаллическую пластину 6 где происходит тепловое размыкание и далее через обмотку соленоида 9 на подвижный контакт 7. Затем, проходя через неподвижный контакт 8 напряжение идет на нижнюю винтовую клемму. К нижней винтовой клемме подсоединяется провод - нагрузка. При защитном отключении автомата происходит срабатывание механизма расцепления. При этом подвижный контакт 7 размыкается.
Механизм расцепления
- При коротком замыкании, когда резко увеличивается сила тока, создается магнитное поле, втягивающее сердечник, приводящий в действие механизм расщепления. Этот способ является магнитным расщеплением.
- При резком увеличении напряжения, превышающего допустимые нормы, происходит нагревание биметаллической пластины 6. Это действие вызывает изгиб пластины и дальнейшее размыкание контактов.
В том и другом случае при образовании сильного тока возникает электрическая дуга. Для ее ликвидации в автомате имеется дугогасительная камера 5, состоящая из набора металлических пластин специальной конфигурации.
Для усиления защиты корпуса автомата от воздействия высокой температуры используется специальная металлическая пластина 10.
Каждый автоматический выключатель должен иметь следующую маркировку
Маркировка должна быть не стираемая и четкая, хорошо видна.
Для проверки работоспособности автоматических выключателей применяется устройство прогрузки. Наиболее распространенными моделями являются УПА-10М и УПА-20.
При установке или необходимом ремонте нужно обязательно пользоваться - специалиста с хорошей квалификацией.
В настоящее время все большее распространение получает продукция компании АВВ, являющейся мировым лидером по новейшим технологиям для энергетики и автоматизации.
Цепи электропроводки в промышленных и бытовых помещениях обязательно включают в свой состав не один автоматический выключатель. Этот элемент обеспечивает безопасную эксплуатацию не только электросетей, но и зданий, сооружений в целом.
Устройство защитного отключения — автоматический выключатель
Необходимость
В случае короткого замыкания или превышения допустимых токовых нагрузок он автоматически размыкает цепь. Отключение нагрузки предотвращает возгорание изоляции кабелей и распространение пожара, выхода из строя дорогостоящего оборудования, травмирования людей.
Существует много типов автоматических выключателей, они отличаются по мощности тепловых и токовых нагрузок, по габаритам, конструктивному исполнению и другим признакам. На бытовом уровне большинство используемых типов автоматических выключателей имеют общие принципы срабатывания и одинаковый набор составных элементов.
Даже формы корпусов, отверстия и отдельные элементы крепления приведены к общему стандарту. Любой тип низковольтного автоматического выключателя, который используется в административных зданиях, квартирах, частных домах, легко устанавливается на стандартные элементы крепления распределительных щитов. Рассмотрим часто применяемый в быту тип модульного автоматического выключателя марки ДЕК серия ВА.
Панель выключателя АВ
Конструктивные особенности
Автоматический выключатель типа ВА построен на модульной основе, это позволяет использовать его в однофазной и трехфазной, одно- и многополюсной сетях. Для защиты однофазной сети нужен однополюсный автоматический выключатель: один модуль, чего вполне достаточно.
Электроустановки, работающие от трехфазной сети, защищаются трехполюсными автоматами защиты от трех модулей, по одному на каждую фазу. В этом случае автоматические выключатели собираются в единый блок.
Для синхронного срабатывания всей группы автоматов при превышении допустимого порога тока на одной из фаз рычаги управления фиксируются общей планкой. Для синхронного срабатывания рычаги управления также могут фиксироваться общей пластиковой планкой.
Стандартные отверстия дают возможность установить на автоматический выключатель дополнительные устройства промышленного типа: отдельные расцепители, сигнальные контакты и другие. Устанавливаемые элементы часто используются на производственных объектах для дистанционного контроля за срабатыванием и управлением работой электроустановок.
Пластиковые корпуса типовых модулей неразборные, они имеют стандартизированные размеры. Сверху и снизу расположены клеммы для проводов с винтовым устройством зажима.
В верхней части корпуса 2 отверстия:
- для отвода скопившихся газов от нагрева;
- для доступа к винту регулировки порога срабатывания, биметаллического элемента тепловой защиты.
Корпус автомата: вид сверху
С тыльной стороны корпуса предусмотрены пазы и зажимные элементы, позволяющие одевать и фиксировать автоматический выключатель на стандартную DIN-рейку в распределительных щитах. Такая конструкция позволяет передвигать переключатели вдоль рейки, не отключая от цепи, разделять группы, она удобна при сборке, монтажных и ремонтных работах.
Автоматический выключатель на ДИН-рейке
Как работает автомат
На примере одного модуля типа АВ рассмотрим, как работает автоматический выключатель и отдельные его элементы. Автоматическое управление срабатыванием на выключение осуществляется двумя параметрами: силой тока, проходящего через контакты выключателя, и температурой нагрева.
Для контроля значений этих параметров автоматический выключатель имеет два элемента:
- обмотка электромагнитной катушки со стальным сердечником рассчитана на определенную силу тока;
- биметаллические пластины откалиброваны, загибаются пропорционально величине проходящего через них тока, при превышении номинального значения оказывают механическое воздействие на расцепитель, который осуществляет контроль температурного режима.
Устройство автомата в разрезе
Подключается автоматический выключатель в разрыв цепи последовательно. На верхнюю клемму зажимается провод от источника питания, внизу крепятся провода, идущие к нагрузке.
Автоматический выключатель имеет два типа детектора и элемента расцепления, которые постоянно контролируют силу тока.
У каждого устройства свое назначение:
- Электромагнитный расцепитель мгновенно реагирует на кратковременное значительное превышение тока номинального значения при коротком замыкании;
- Регулируется тепловая защита, она более точная и инерционная в измерении значений тока, имеет большее время срабатывания. Это позволяет не реагировать на кратковременные незначительные превышения допустимых токовых значений. Все эти меры обеспечивают стабильную безопасную работу электроустановок.
Схема строения автоматического выключателя
Устройство расцепления и взвода
Это механическое устройство состоит из металлических пружин и пластиковых рычагов. Его задача в обычном режиме удерживать замкнутые контакты, в аварийных ситуациях, при превышении тока или температуры заданных предельных значений, разомкнуть контакты выключателя, для чего применяется автоматический или ручной режим отключения.
Это электромагнитная катушка со свободно двигающимся металлическим сердечником. Шток сердечника при рассчитанной величине предельно допустимого тока толкает рычаги расцепляющего устройства, оно срабатывает, контакты размыкаются.
Сечение провода на катушке электромагнита и количество витков рассчитываются на многократное срабатывание. Обмотка катушки выталкивает сердечник при значительном превышении номинального тока выключателя, в случае короткого замыкания в цепи.
Один конец катушки подключен к подвижному контакту механизма расцепления, второй – к биметаллической пластине. Соединения выполнены гибким многожильным проводом, контакты сварные, это обеспечивает надежное соединение в условиях высоких температур. Припой на паяных контактах при нагреве может расплавиться.
При превышении номинального тока в катушке электромагнита в несколько раз сердечник выталкивается. Он давит сверху на рычаг спускового механизма, происходит расцепление, подвижный контакт под действием пружины отскакивает от неподвижного контакта, они размыкаются. Усилие размыкания дублируется штоком сердечника, закрепленного на подвижном контакте.
Одновременно с давлением на спусковой рычаг сердечник оттягивает подвижный контакт.
Тепловой расцепитель
Здесь используется принцип работы теплового реле. Такой способ широко применяется для аварийных отключений электрооборудования и сигнализации в электрических цепях. В основе технологии заложены свойства биметаллической пластины. Еще в XIX веке Джоуль-Ленц отметил пропорциональность температуры на участке цепи квадрату силы тока и сопротивлению.
Используя эту зависимость и свойства биметаллов, пластины стали применять для механического замыкания и размыкания контактов. Биметаллические пластины пропорционально изменяют свою форму в зависимости от силы тока и температуры. По степени изгиба пластины можно судить о величине тока и температуре.
Биметаллические пластины: структура
У всех металлов коэффициенты теплового расширения отличаются: при нагреве пластин одного размера из разного металла до одинаковой температуры длина одной из них станет больше. Благодаря этому свойству, если скрепить эти две пластины вместе при нагреве, они начнут загибаться, при остывании – выпрямляться.
В нашем случае биметаллическая пластина находится в теплостойком изоляционном материале, обычно для этих целей одевается трубка из стекловолокна. Сверху изоляции намотан провод с высоким сопротивлением, это делается для косвенного нагрева пластины.
При прямом нагреве срок службы пластины существенно уменьшается. С увеличением тока температура пластины повышается, она загибается вверх, нажимая на спусковой рычаг механизма расцепления. В результате автоматический выключатель срабатывает, контакты размыкаются.
Искрогасительная камера
Значительную часть в корпусе модуля защиты занимает искрогаситель. В большинстве случаев автоматический выключатель срабатывает под током большой нагрузки. При прохождении тока большой силы в момент разрыва цепи между контактами возникает дуга электрического разряда.
Она имеет высокие температуры, может расплавить контакты и другие элементы автоматики. Для того чтобы этого избежать, ставят дугогаситель; его конструкция напоминает решетку из металлических пластин. В камере с пластинами дуга разрушается и гаснет, продукты горения и газы отходят через специальное отверстие.
Выбор
В частных домах можно установить четырехполюсный и трехполюсный автоматический выключатель для трехфазной сети 380 В. Чаще используются трехполюсные, двухполюсные и однополюсные для однофазной сети 220 В.
Выбирая элементы защиты, в первую очередь надо исходить из номинальных значений напряжения. Оно должно быть выше или соответствовать напряжению сети.
Одно из главных условий выбора и последующей настройки автомата защиты – отключение группы потребителя раньше, чем это сделают элементы защиты, установленные в цепи ближе к источнику подачи электроэнергии. Для этого учитываются следующие параметры.
Максимальная сила тока короткого замыкания на участке цепи, где устанавливается автоматический выключатель. Модульные модели защитных автоматов выдерживают 3000А; 4500А; 6000А; 10000А, немодульные рассчитаны на большие токи короткого замыкания. Для жилых домов и квартир достаточно 4500 или 6000А.
Номинальная сила тока расцепителя выбирается немного больше допустимого тока длительной нагрузки цепи. В противном случае автоматический выключатель будет срабатывать от незначительных скачков напряжения в процессе нормального режима работы.
Нужно обязательно учитывать Iн – теплового расцепителя.
Автоматический выключатель серии АВ с номинальным током 10А будет срабатывать при токе 10х1,45(поправка на тепловой расцепитель) = 14,5 А.
Параметры расцепления имеют три класса (В;С;D), они отличаются по токовременным характеристикам срабатывания:
- Класс В – срабатывает расцепитель при превышении номинальной силы указанной на маркировке тока в 3-5 раз. Ставят в группах освещения и розеток, обычно они реагируют на пусковые токи при включении электродвигателей.
- Класс С – расцепитель срабатывает при превышении номинальных токов в 5-10 раз, ставится в розеточные и осветительные группы, обеспечивает защиту двигателей водяных насосов с небольшими пусковыми токами. Хорошо использовать в загородных домах и квартирах.
- Класс D – автоматический выключатель этого класса устанавливается на производственных объектах для защиты электродвигателей с большими пусковыми токами.
Обязательно учитывайте толщину и сечение проводов в цепи, где устанавливается автоматический выключатель. Они должны соответствовать номинальным значениям токовой нагрузки элементов защиты. Например, при номинальном токе автомата защиты в 16А сечение кабеля должно быть не менее 2,5 кв./мм. Iн – 10А соответствует толщине кабеля 1,5 кв./мм.
Для этого есть специальные таблицы определения площади сечения кабеля по току, ПУЭ (Правила устройства электроустановок) табл. 1.3.4, 1.3.5, 1.3.6, 1.3.7, 1.3.8.
Устройство автомата. Видео
Видео продемонстрирует устройство автоматического выключателя, что поможет с его монтажом и установкой.
Зная назначение и принципы работы, требования по установке и эксплуатации автоматических выключателей, легче сделать правильный выбор, что обеспечит стабильную, безаварийную работу бытовой техники в доме и квартире.
Характеристика его и принцип работы также будут описаны. Этот нехитрый прибор сегодня используется в быту и промышленности, он пришел на смену плавким вставкам (предохранителям). Правда, последние все еще используются, но по большей части в качестве защиты от короткого замыкания на высоковольтных линиях. Но они имеют конструкцию, отличную от той, которую вы привыкли наблюдать в бытовой технике. Это керамические емкости, наполненные песком, внутри которого расположен проводник - рабочая плавкая часть.
Работа автоматического выключателя
Но стоит поговорить именно о такой конструкции, как автоматические выключатели, технические характеристики и сферы применения их рассмотреть более детально. По сути, это устройство для коммутации. С его помощью осуществляется проведение тока в цепи, но самое главное - защита от короткого замыкания и перегрузок. Стоит также отметить, что защита происходит также при снижении или повышении питающего напряжения, изменении направления движения тока. Правда, зачастую такие приборы используют в качестве выключателя электрооборудования (освещения, розеток, иных потребителей).
Но стоит обращать внимание и на то, что у прибора имеется определенный ресурс, поэтому для частого включения и отключения его использовать не рекомендуется. Намного эффективнее окажется использование простых выключателей. Большая часть автоматических выключателей осуществляет коммутацию цепи вручную. Вы самостоятельно переводите рычажок в положение «Вкл.» или «Выкл.». Но существуют модели, которые работают при помощи электрического привода. Благодаря внедрению таких узлов имеется возможность управления работой автоматического выключателя на любом расстоянии.
На чем основан принцип действия
Как было сказано ранее, автоматические выключатели, технические характеристики которых рассматриваются в статье, могут отключаться вручную. Правда, есть небольшой нюанс - во время скачка напряжения либо превышения силы тока происходит автоматическое срабатывание. Но это аварийные режимы работы - именно от них производится защита электрооборудования, включенного в цепь. Можно провести разделение всех автоматических выключателей на три категории:
- Максимального значения тока.
- Снижения питающего напряжения.
- Увеличения обратной мощности.
Именно такие функции выполняют автоматические выключатели. Первые размыкают цепь, когда происходит увеличение тока. Возникает это при коротком замыкании или же увеличении нагрузки сверх допустимых пределов.
Но автоматический выключатель, характеристика которого приводится, имеет преимущество перед плавким предохранителем - он восстанавливается, следовательно, для замыкания цепи потребуется только переместить рычаг. Стоит отметить, что установка приборов должна производиться в специальные щитки. При выборе необходимо руководствоваться данными о том, какие условия наличествуют в помещении. Исходя исходя из них и производится выбор класса защиты щитка.
Классификация автоматических выключателей
А теперь о том, какую классификацию имеют автоматические выключатели ВА, технические характеристики которых практически одинаковы и отличаются лишь значениями. Итак, категории стандартных приборов:
- Автоматические выключатели установочного класса изготавливаются в пластиковом корпусе, который полностью защищен. Следовательно, их можно монтировать в местах с общим доступом. В частности, для коммутации цепей освещения.
- Без корпуса выпускаются универсальные типы. Их предназначение - монтаж исключительно внутри распределительных устройств.
- Автоматические выключатели со временем срабатывания менее 5 миллисекунд относятся к классу быстродействующих. Следовательно, со временем срабатывания в диапазоне 10 миллисекунд - относятся к категории небыстродействующих. Еще один у которых время срабатывания является основной характеристикой - это селективные. Пользователь может изменять самостоятельно значение времени. Для этой цели предусмотрен небольшой пластиковый диск с градуировкой.
- Автоматические выключатели обратного тока необходимы для защиты цепей только в одном случае: если существует вероятность изменения направления движения тока по цепи.
- Неполяризованные и поляризованные. Первые отключают цепь при протекании тока в различных направлениях. Вторые - только при изменении тока в прямом направлении.
Основные элементы автоматических выключателей
В основе лежит пластина из биметалла, но она одна не может обеспечить полноценную работу устройства. Состоит автоматический выключатель, характеристика которого рассмотрена в статье, из нескольких элементов, которые напрямую влияют на все параметры. Итак, основные части любого автомата:
- Контактная система.
- Дугогасительная решетка.
- Расцепители.
- Механизм управления.
- Механизм для свободного расцепления.
Конечно же, если имеется корпус, то его тоже необходимо указать в этом списке. Обратите внимание на то, что конструкция не предусматривает проведение ремонта устройства, поэтому при выработке ресурса либо же мельчайшей поломке необходимо заменить автомат новым. Даже не стоит пытаться сделать его ремонт, все равно ничего не выйдет.
Контактная группа и дугогасительная решетка
Обратите внимание, что токовые характеристики автоматических выключателей отличаются, следовательно, разнятся и конструкции элементов. Чем выше ток, тем прочнее и надежнее конструкция всех составляющих. Группа контактов - это неподвижные металлические элементы, расположенные на корпусе автомата и рычаге. С их помощью происходит замыкание электрической цепи.
При отключении или включении между контактами образуется небольшой искровой промежуток. Система для гашения дуги - это камера, внутри которой находится стальная решетка. С помощью этого несложного механизма происходит улучшение характеристик, увеличение ресурса прибора, так как контакты не повреждаются и на них не остается нагар.
Расцепители
Устройство для свободного расцепления - это механизм, состоящий из шарниров. С его помощью производится замыкание и размыкание контактной группы во всех режимах. Существуют электромагнитные расцепительные устройства. В их основе находится электромагнит, якорь которого управляет группой контактов. Иногда в конструкции можно встретить гидравлическую систему замедления.
Во многих автоматах используются тепловые расцепители. Благодаря нагреву при протекании большого тока происходит деформация и расцепляются контакты. Но одним из наиболее современных является расцепитель на основе полупроводников. В его конструкции имеется трансформатор тока, благодаря которому постоянно происходит замер параметров. Вот такой непростой автоматический выключатель. Характеристика срабатывания его зависит от типа расцепителя.
