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.
Основное назначение автоматических выключателей – использование их в качестве защитных аппаратов от токов коротких замыканий и токов перегрузок. Преимущественным спросом пользуются модульные автоматические выключатели серии ВА. В данной статье рассмотрим серии ВА47-29 фирмы iek.
Благодаря компактному исполнению (унифицированные размеры модулей по ширине), удобству монтажа (крепление на DIN-рейке с помощью специальных защелок) и обслуживания, они широко используются в бытовых и промышленных условиях.
Наиболее часто автоматы применяются в сетях со сравнительно небольшими значениями токов рабочего режима и короткого замыкания. Корпус автомата выполнен из диэлектрического материала, что позволяет устанавливать его в общедоступных местах.
Устройство автоматических выключателей и принципы их работы подобны, различия заключаются, и это важно, в материале комплектующих и качестве сборки. Серьезные производители используют только качественные электротехнические материалы (медь, бронзу, серебро), но встречаются и изделия с комплектующими из материалов с «облегченными» характеристиками.
Простейший способ отличить оригинал от подделки – цена и вес: оригинал не может быть дешевым и легким при наличии комплектующих из меди. Вес фирменных автоматов определяется моделью и не может быть легче 100 – 150 г.
Конструктивно модульный автоматический выключатель выполнен в прямоугольном корпусе, состоящем из двух скрепленных между собой половинок. На лицевой стороне автомата указаны его технические характеристики и расположена рукоятка для ручного управления.
Как устроен автоматический выключатель - основные рабочие органы автомата
Если разобрать корпус (для чего необходимо высверлить соединяющие его половинки заклепки), то можно увидеть и получить доступ ко всем его компонентам. Рассмотрим наиболее важные из них, которые обеспечивают нормальное функционирование устройства.
- 1. Верхняя клемма для подключения;
- 2. Неподвижный силовой контакт;
- 3. Подвижный силовой контакт;
- 4. Дугогасительная камера;
- 5. Гибкий проводник;
- 6. Электромагнитный расцепитель (катушка с сердечником);
- 7. Ручка для управления;
- 8. Тепловой расцепитель (биметаллическая пластина);
- 9. Винт для регулировки теплового расцепителя;
- 10. Нижняя клемма для подключения;
- 11. Отверстие для выхода газов (которые образовываются при горении дуги).
Электромагнитный расцепитель
Функциональное назначение электромагнитного расцепителя - обеспечение практически мгновенного срабатывания автоматического выключателя при возникновении в защищаемой цепи короткого замыкания. В этой ситуации в электрических цепях возникают токи, величина которых в тысячи раз превышают номинальное значение этого параметра.
Время срабатывания автомата определяется по его времятоковым характеристикам (зависимость времени срабатывания автомата от величины тока), которые обозначаются индексами А, В или C (наиболее распространенные).
Тип характеристики обозначен в параметре номинального тока на корпусе автомата, например, С16. Для приведенных характеристик время срабатывания находится в пределах от сотых до тысячных долей секунды.
Конструкция электромагнитного расцепителя представляет собой соленоид с подпружиненным сердечником, который связан с подвижным силовым контактом.
Электрически катушка соленоида включена последовательно в цепочку, состоящую из силовых контактов и теплового расцепителя. При включенном автомате и номинальном значении тока, через катушку соленоида протекает ток, однако, величина магнитного потока мала для втягивания сердечника. Силовые контакты замкнуты и это обеспечивает нормальное функционирование защищаемой установки.
При коротком замыкании резкое увеличение тока в соленоиде приводит к пропорциональному увеличению магнитного потока, способного преодолеть действие пружины и переместить сердечник и связанный с ним подвижный контакт. Перемещение сердечника вызывает размыкание силовых контактов и обесточивание защищаемой линии.
Тепловой расцепитель
Тепловой расцепитель выполняет функцию защиты при небольшом, но действующим в течении относительно длительного промежутка времени, превышении допустимого значения тока.
Тепловой расцепитель – расцепитель замедленного действия, он не реагирует на кратковременные броски тока. Время срабатывания этого вида защиты регламентируется также время-токовыми характеристиками.
Инерционность теплового расцепителя позволяет реализовать функцию защиты сети от перегрузки. Конструктивно тепловой расцепитель представляет консольно закрепленную в корпусе биметаллическую пластину, свободный конец которой через рычаг взаимодействует с механизмом расцепления.
Электрически биметаллическая пластина включена последовательно с катушкой электромагнитного расцепителя. При включенном автомате в последовательной цепочке протекает ток, нагревая биметаллическую пластину. Это приводит к перемещению ее свободного конца в непосредственную близость к рычагу механизма расцепления.
При достижении значений тока, указанных во временно-токовых характеристиках и по истечении определенного времени пластина нагреваясь изгибается, контактирует с рычагом. Последний через механизм расцепления размыкает силовые контакты - сеть оказывается защищенной от перегрузки.
Регулировка тока срабатывания теплового расцепителя с помощью винта 9 производится в процессе сборки. Так как большинство автоматов модульные и их механизмы запаяны в корпусе простому электрику нет возможности произвести такую регулировку.
Силовые контакты и дугогасительная камера
Размыкание силовых контактов при протекании через них тока приводит к возникновению электрической дуги. Мощность дуги обычно пропорциональна току в коммутируемой цепи. Чем мощнее дуга, тем сильнее она разрушает силовые контакты, повреждает пластмассовые детали корпуса.
В устройстве автоматического выключателя дугогасительная камера ограничивает действие электрической дуги в локальном объеме. Она располагается в зоне силовых контактов и выполнена из покрытых медью параллельных пластин.
В камере дуга распадается на мелкие части, попадая на пластины, остывает и прекращает свое существование. Выделяющиеся при горении дуги газы выводятся через отверстия в дне камеры и корпусе автомата.
Устройство автоматического выключателя и конструкция дугогасительной камеры обуславливают подключение питания на верхние неподвижные силовые контакты.
Внутри квартирной проводки наших родителей часто применялись пробки, тонкие проволочные вставки которых просто перегорали от проходящих через них повышенных токов.
На смену им постепенно пришли автоматические выключатели, обладающие бо́льшими техническими возможностями.
Во времена СССР их устанавливали в подъездных распределительных щитах для определенной группы потребителей.
Многие подобные конструкции отличаются высокой надежностью и продолжают безотказно эксплуатироваться уже несколько десятилетий.
Сейчас они претерпели небольшие конструктивные изменения, работают в каждом квартирном щитке, обладают разными функциями, предназначены для отключения конкретных нагрузок. В статье представлен обзор устройств существующих моделей и правила их подбора для индивидуальной проводки.
Назначение
Автоматические выключатели, используемые в быту, создаются для комплексного решения следующих задач:
- надежного пропускания тока номинальной нагрузки при длительном режиме эксплуатации;
- постоянного выдерживания потенциала напряжения бытовой сети без нарушения ее изоляции;
- возможности ручного управления состоянием силового контакта;
- автоматического выбора момента возникновения аварии в подключенной схеме;
- способности защиты выявлять момент возникновения перегрузки и создавать выдержку необходимого времени безопасной работы, по происшествии которого снимается питание с подключенных потребителей;
- автоматической ликвидации токов коротких замыканий с минимально возможным временем.
Бытовые автоматы создаются для работы в однофазной сети 220 или трехфазной 380 В. Среди них встречаются конструкции, предназначенные для эксплуатации в цепях:
- постоянного тока;
- переменных синусоидальных гармоник 50/60 Гц;
- обоих видов напряжения.
Они могут быть выполнены в однолинейном или многофазном исполнении.
Автоматические выключатели в домашней электропроводке могут включаться только вручную нажатием на кнопку, а отключаются двумя способами:
- действием человека;
- работой встроенных защит.
Защиты автоматического выключателя
Сквозь конструкцию любой модели пропускается ток нагрузки. Его величина постоянно контролируется измерительными органами и анализируется логикой. Защита состоит их двух ступеней:
- теплового расцепителя;
- электромагнитной отсечки.
Каждая из них может работать самостоятельно вне зависимости от состояния другой.
Как работает тепловой расцепитель
Основной деталью является биметаллическая пластина, через которую постоянно протекает ток фазы, осуществляющий ее нагрев. Температура биметалла зависит от проходящей через него электроэнергии и длительности воздействия.
Биметаллическая пластина используется в качестве защелки отключающего механизма, а ее состояние зависит от стадии нагрева. При достижении критической величины создается изгиб, разрывающий силовой контакт выключателя для снятия питания с потребителей.
После такого отключения подать напряжение нажатием на кнопку включения не получится до тех пор, пока биметалл не остынет, вернувшись в исходное состояние.
Как работает электромагнит отключения
По обмотке катушки протекает ток нагрузки. Если его величина достигает ставки срабатывания, то подвижный якорь резким ударом притягивается к нижнему полюсу, одновременно разрывая силовой контакт выключателя.
Устройство автомата
Типовая конструкция одной из многочисленных моделей в разрезе представлена на рисунке.
На клемму верхнего зажимного устройства подключается приходящий проводник фазы, а к нижнему зажиму - отходящий. Ток при включенном силовом контакте проходит сквозь гибкую верхнюю связь на биметаллическую пластину, управляющую механизмом расцепителя. Далее он поступает через обмотку соленоида на неподвижный силовой контакт, к которому прижимается пружинами подвижный контакт, соединенный нижней гибкой связью с отходящим зажимом.
При разрыве силовой цепи под нагрузкой всегда создается дуга, величина которой зависит от мощности разрываемого потока электроэнергии. Ее потенциал при определенных ситуациях способен выжечь металл на подвижном и стационарном контактах.
Поэтому в конструкцию включено дугогасящее устройство, разделяющее дугу на маленькие потоки, сразу подвергаемые резкому охлаждению. Их путь показан на картинке черными завитушками.
Уставка срабатывания биметалла может регулироваться положением винта в механизме расцепителя, а срабатывание отсечки установлено на заводе.
Пластиковый язычок рукоятки через устройство складывающихся рычагов позволяет коммутировать положение силового контакта вручную.
Времятоковая характеристика защит автомата
Принцип работы защит выключателя в автоматическом режиме демонстрирует график с отображением отношения аварийных токов к номинальному значению I ном по оси абсцисс и продолжительностью отключения по ординатам.
Зона работы теплового расцепителя
При незначительном превышении нагрузки до 1,1 I ном (номинального тока) практически создается режим, когда отключение произойдет только через 10 тысяч секунд или порядка 2,5 часа. Это объясняется тем, что по истечении этого времени подобные токи способны разогреть электрические провода до критического состояния, когда начнутся необратимые процессы в слое изоляции.
До этого момента поддерживается баланс между подводом тепла от проходящей нагрузки по электропроводке и его отводом в окружающую среду.
Таким способом создается резерв нормальной работы потребителей при кратковременном превышении ими номинальной мощности или возникновении переходных процессов, связанных с запуском электродвигателей.
Когда значение перегрузки увеличивается, то время отключения тепловым расцепителем уменьшается, например, при пяти кратах I ном отключение биметаллом произойдет за промежуток от 0,01 до 1 секунды.
Зона работы электромагнита отключения
Если в предыдущей схеме работал принцип обеспечения резерва питания потребителей, то внутри рассматриваемой области он неприемлем. Эта зона предназначена для максимально быстрой ликвидации коротких замыканий, способных совершить аварии в сбалансированной энергосистеме, разрушить оборудование, создать пожар в доме.
Чем больше величина тока КЗ, тем быстрее должна отработать защита. При кратностях аварийных мощностей в 60÷80 раз разрыв цепи силового контакта должен производиться быстрее чем за 10 миллисекунд.
На приведенном графике видно, что у обеих зон имеется общая область, внутри которой защиты резервируют друг друга, а отключение выполняет более быстродействующая.
Технические характеристики автоматических выключателей для домашней проводки
Основными параметрами автоматов являются:
- значение номинального тока;
- величина напряжения сети;
- вариант исполнения времятоковой характеристики;
- количество полюсов;
- возможности селективности;
- предельная коммутационная способность контактов;
- класс токоограничения;
- конструкция корпуса и возможность крепления на Din-рейку.
Как подобрать автомат по номинальному току
При определении этого параметра самая важная задача состоит в том, чтобы удачно соблюсти баланс между:
- работоспособностью защитных параметров автоматического выключателя;
- суммарной мощностью одновременно подключенных в сеть электрических приборов;
- техническими возможностями электропроводки.
Другим словами, провода с автоматом должны выдерживать токовую и тепловую нагрузки, создаваемые всеми работающим потребителями, а при ее превышении требуется отключение питания защитами.
Последовательность подбора автоматического выключателя по этим характеристикам представлена картинкой.
Для одновременного выбора автомата и проводки рекомендуется выполнить последовательность действий:
- вычислить максимальный ток нагрузки всех одновременно работающих электроприемников;
- подобрать по стандартному ряду токов номинал автомата;
- выбрать марку электрических проводов по материалу меди или алюминия и размеру площади их поперечного сечения, не забывая о свойствах диэлектрического слоя.
Как подобрать автомат по времятоковой характеристике
По быстроте отключения токовой электромагнитной отсечки автоматические выключатели, используемые в бытовых целях, делятся на 3 класса. Для производственных целей создаются еще три дополнительных группы.
Класс В
Защиты созданы для зданий со старой алюминиевой проводкой, питающей лампы накаливания, обогреватели, электроплиты, духовки. Кратность токов лежит в пределах 3÷5.
Класс С
Оптимальная работа оборудования современных квартир со стиральными и посудомоечными машинами, офисной техникой, морозильниками, осветительными приборами с большими пусковыми токами. Кратность 5÷10.
Класс D
Защита мощных двигателей насосов, компрессоров, подъемников, обрабатывающих станков.
Во всех этих классах работают электромагнитные расцепители, но они не всегда смогут выполнить необходимое быстродействие. Поэтому автоматы класса D нельзя подключать к потребителям, предназначенным для работы с защитами классов С и В.
Как подобрать автомат по селективности
При возникновении аварий защиты должны работать по определенной, заранее заданной иерархии в комплексе с другими устройствами. Для разъяснения этого принципа показана упрощенная картинка с автоматом АВ1 в квартирном щитке, АВ2 - подъездном, АВ3 - на щите питающей подстанции.
Если в приборе, подключенному к электрической розетке квартиры, пробилась изоляция, то могут сработать все эти защиты. Однако, правильной будет следующая последовательность:
- первоначальное отключение АВ1;
- когда оно не произошло, то срабатывание АВ2 со снятием питания со всего подъезда;
- если отказал АВ3, то работают защиты, отключающие питание со всего дома.
Избирательность подобного срабатывания осуществляется за счет подбора токовых и временных параметров отключающих устройств.
Как подобрать автомат по предельной коммутационной способности
Под этой величиной понимается то значение максимальной нагрузки в амперах, которую способен надежно разрывать автоматический выключатель во время аварии. Если она будет превышена, то механизм просто выйдет из строя.
На ПКС влияют:
- материал проводов;
- удаление от питающего трансформатора.
Иногда этот параметр путают с коммутационной износоустойчивостью, указывающей на число гарантированных заводом срабатываний до начала износа механизмов.
Как подобрать автомат по классу токоограничения
Бытовые аппараты защиты отличаются быстродействием срабатывания, которое классифицируют длительностью снятия питания по отношению к половине периода гармоники синусоиды.
Его выражают цифрами «1», «2», «3» и записывают дробью, у которой в числителе 1.
Класс 2 отключает КЗ за ½ полупериода, а 3 - 1/3. Класс 3 работает не только быстрее, но и исключает возможность аварийным токам достижения своего максимума. За обеспечение этой характеристики он считается самым совершенным, оптимальным.
Как подобрать автомат по сопротивлению петли фаза-ноль
Это довольно сложный вопрос, которому не уделяет внимание даже часть электриков ЖКХ. Но если его не учитывать, то вся предыдущая работа по выбору автоматического выключателя может не оправдаться.
Автомат квартирного щитка отключает токи КЗ, возникающие в подключенной схеме. При этом на него приходит напряжение от питающего трансформатора по проводам, которые имеют определенное электрическое сопротивление и по знаменитому закону Георга Ома этим ограничивают величину тока в цепи.
Рассмотрим это положение на примере. Допустим, что прибором электротехнической лаборатории замерили в розетке сопротивление проводов фаза-ноль (от потребителя квартиры до питающего ТН) в 1,3 Ома. Напряжение сети равно 220 вольт.
Ток КЗ составит Iкз=220/1,3=169,2 А.
Создадим мысленно металлическое короткое замыкание в розетке и рассчитаем его ток по формулам ПУЭ для защиты автоматом класса D с номиналом 16 ампер.
I=1,1х16×20=352 А.
- 1,1 - запланированный запас;
- 16 - токовый номинал автомата;
- 20 - наибольший параметр кратности тока отсечки.
Два проведенных расчета показали, что в схеме может возникнуть ток только в 169,2 ампера. А для его отключения подобрали автомат, который будет работать при 352 амперах. Естественно, что он не подходит по этому параметру для рассматриваемой квартиры и не сможет отключать токи КЗ.
Как подобрать автомат по числу полюсов
Обычно защиту врезают в фазный провод квартиры за исключением вводных выключателей, которыми снимают и потенциал нуля. Это же правило действует и в трехфазных цепях, где применяют модели с тремя или четырьмя полюсами.
Вспомним, что защитный ноль нигде и никогда ни при каких обстоятельствах не должен разрываться.
Дополнительные характеристики автоматов
К ним относятся:
- напряжение сети;
- частота переменного тока;
- степени защит корпуса (классы IP);
- возможности работы в разных температурных условиях.
Выбор производителя
Когда приобретается много автоматов для установки в одном здании, то рекомендуется остановиться на единственном бренде. Но, придется учесть отведенные на покупку материальные затраты.
В остальных случаях допускается использовать надежные бюджетные модели.
После приобретения автомата до его подключения в работу важно проверить основные электрические характеристики аппаратурой электротехнической лаборатории. При этом создаются реальные условия аварии методами прогрузки от дополнительного источника напряжения и анализируется поведение защит, составляется протокол проверки с подписями ответственных работников, выдается заключение о пригодности.
Это позволит исключить последствия небрежной транспортировки, нарушения режима хранения на складах и заводской брак, что важно для обеспечения дальнейшей надежной работы защит.
Вводя в работу только что купленный и непроверенный автомат, вы не имеете никаких гарантий его надежности.
Для более полного закрепления материала статьи рекомендуем посмотреть два виодоролика.
Автоматические выключатели – это устройства, задача которых заключается в защите электрической линии от повреждения под воздействием тока большой величины. Это могут быть как сверхтоки короткого замыкания, так и просто мощный поток электронов, в течение достаточно длительного времени проходящий по кабелю и вызывающий его перегрев с дальнейшим оплавлением изоляции. Автомат защиты в этом случае предотвращает негативные последствия, отключая подачу тока в цепь. В дальнейшем, когда ситуация придет в норму, аппарат можно вновь включить вручную.
Функции автоматического выключателя
Защитные устройства предназначены для выполнения следующих основных задач:
- Коммутация электроцепи (возможность отключения защищаемого участка при возникновении неполадок с питанием).
- Обесточивание вверенной цепи при возникновении в ней токов КЗ.
- Защита линии от перегрузок при прохождении сквозь аппарат тока чрезмерной величины (такое бывает, когда суммарная мощность приборов превышает максимально допустимую).
Говоря кратко, АВ одновременно осуществляют защитную и управляющую функцию.
Основные типы выключателей
Существует три основных вида АВ, отличающихся друг от друга по конструктивному исполнению и предназначенные для работы с нагрузками разной величины:
- Модульный. Он получил свое название из-за стандартной ширины, кратной 1,75 см. Рассчитан на токи небольшой величины и устанавливается в сетях бытового электроснабжения, для дома или квартиры. Как правило, это однополюсный автомат или двухполюсный.
- Литой. Называется так из-за литого корпуса. Может выдерживать до 1000 Ампер и используется преимущественно в промышленных сетях.
- Воздушные. Предназначен для работы с токами величиной до 6300 Ампер. Чаще всего это трехполюсный автомат, однако сейчас выпускают аппараты этого типа и с четырьмя полюсами.
Автомат защитный однофазный представляет собой автоматический выключатель, который наиболее распространен в бытовых сетях. Он бывает 1- и 2-х полюсным. В первом случае к аппарату подключается только фазная жила, а во втором – еще и нулевая.
Кроме перечисленных видов, существуют также устройства защитного отключения, обозначаемые аббревиатурой УЗО, и дифференциальные автоматы.
Первые нельзя считать полноценными АВ, их задача заключается не в защите цепи и включенных в нее приборов, а в предотвращении удара электрическим током при касании человеком открытого участка. Дифференциальный защитный автомат представляет собой объединенные в одном устройстве АВ и УЗО.
Как устроены автоматы защиты?
Рассмотрим подробно устройство автоматического выключателя. Корпус автомата выполнен из диэлектрического материала. Он состоит из двух частей, которые соединены между собой заклепками. Если необходимо разобрать корпусную часть, заклепки высверливаются, и открывается доступ к внутренним элементам защитного автомата. К ним относятся:
- Винтовые клеммы.
- Гибкие проводники.
- Рукоятка управления.
- Подвижный и неподвижный контакт.
- Электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником.
- Тепловой расцепитель, в состав которого входит биметаллическая пластина и регулировочный винт.
- Газоотводное отверстие.
С задней стороны автоматический защитный предохранитель оборудован специальным фиксатором, с помощью которого он крепится на DIN-рейке.
Последняя представляет собой рейку из металла, имеющую ширину 3,5 см, на которую крепятся модульные устройства, а также некоторые виды электрических счетчиков. Чтобы присоединить автомат к рейке, корпус защитного устройства следует завести за ее верхнюю часть, после чего защелкнуть фиксатор, надавив на нижнюю часть аппарата. Снять автомат защиты с DIN-рейки можно, подцепив защелку снизу.
Фиксатор модульного выключателя может быть очень тугим. Чтобы прикрепить такое устройство к DIN-рейке, нужно заранее подцепить защелку снизу и завести защитное устройство на место крепежа, после чего отпустить фиксирующий элемент.
Можно сделать проще – при защелкивании фиксатора сильно нажать на его нижнюю часть отверткой.
Наглядно, зачем нужен автоматический выключатель, на видео:
Принцип действия автоматического выключателя
Теперь разберемся, как работает автомат защиты сети. Подключение его осуществляется подъемом вверх рукоятки управления. Чтобы отключить АВ от сети, рычаг опускают вниз.
Когда автомат защитный электрический функционирует в обычном режиме, то электрический ток при поднятой вверх рукоятке управления поступает к аппарату через подсоединенный к верхней клемме кабель питания. Поток электронов идет к неподвижному контакту, а от него – к подвижному.
Затем по гибкому проводнику ток поступает на соленоид электромагнитного расцепителя. С него по второму гибкому проводнику электричество идет к биметаллической пластине, входящей в тепловой расцепитель. Пройдя по пластине, поток электронов через нижнюю клемму уходит в подключенную сеть.
Особенности работы теплового расцепителя
При превышении током цепи, в которой установлен автомат защиты, номинала устройства возникает перегрузка. Поток электронов высокой мощности, проходя через биметаллическую пластину, оказывает на нее термическое воздействие, делая более мягкой и заставляя выгнуться в сторону отключающего элемента. При вступлении последнего в контакт с пластиной происходит срабатывание автомата, и подача тока в цепь прекращается. Таким образом, тепловая защита позволяет не допустить чрезмерного нагревания проводника, которое может привести к расплавлению изоляционного слоя и выходу проводки из строя.
Нагревание биметаллической пластины до такой степени, чтобы она изогнулась и вызвала срабатывание АВ, происходит в течение определенного времени. Оно зависит от того, насколько величина тока превышает номинал автомата, и может занять как несколько секунд, так и час.
Срабатывание теплового расцепителя происходит в случае превышения током цепи номинала автомата как минимум на 13%. После остывания биметаллической пластины и нормализации величины текущего тока защитное устройство можно будет снова включить.
Существует еще один параметр, способный повлиять на срабатывание АВ под воздействием теплового расцепителя – это температура окружающей среды.
Если воздух в помещении, где установлен аппарат, имеет высокую температуру, то пластина нагреется до отключающего предела быстрее, чем обычно, и может сработать даже при незначительном возрастании тока. И наоборот, если в доме холодно, нагревание пластинки будет происходить медленнее, и время до отключения цепи увеличится.
Срабатывание теплового расцепителя, как было сказано, требует определенного времени, в течение которого ток цепи может прийти в норму. Тогда перегрузка исчезнет, и отключения устройства не произойдет. Если же величина электротока не снижается, автомат обесточивает цепь, предотвращая оплавление изоляционного слоя и не допуская возгорания кабеля.
Причиной перегрузки чаще всего становится включение в цепь устройств, суммарная мощность которых превышает расчетную для конкретно взятой линии.
Нюансы электромагнитной защиты
Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты сети от короткого замыкания и по принципу работы отличается от теплового. Под действием сверхтоков КЗ в соленоиде возникает мощное магнитное поле. Оно сдвигает в сторону сердечник катушки, который размыкает силовые контакты защитного устройства, воздействуя на механизм расцепителя. Питание линии прекращается, благодаря чему исчезает опасность возгорания проводки, а также разрушения замкнувшей установки и автоматического выключателя.
Поскольку в случае КЗ в цепи происходит мгновенное возрастание тока до величины, способной за короткое время привести к тяжелым последствия, срабатывание автомата под воздействием электромагнитного расцепителя происходит за сотые доли секунды. Правда, при этом ток должен превысить номинал АВ в 3 и более раза.
Наглядно про автоматические выключатели на видео:
Когда контакты цепи, через которую протекает электрический ток, размыкаются, между ними возникает электрическая дуга, мощность которой прямо пропорциональна величине сетевого тока. Она оказывает на контакты разрушающее воздействие, поэтому для их защиты в состав устройства входит дугогасительная камера, представляющая собой набор пластинок, установленных параллельно друг другу.
При контакте с пластинами происходит дробление дуги, в результате чего снижается ее температура и происходит затухание. Газы, возникшие при появлении дуги, через специальное отверстие удаляются из корпусной части защитного устройства.
Заключение
В этой статье мы рассказали о том, что такое автоматические выключатели, какими бывают эти устройства и по какому принципу они работают. Напоследок скажем, что защитные автоматы не предназначены для установки в сеть в качестве обычных выключателей. Такое использование достаточно быстро приведет к разрушению контактов аппарата.
Что такое автоматический выключатель?
Автоматический выключатель (автомат) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической сети от сверхтоков, т.е. от коротких замыканий и перегрузок.
Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.
Автоматические выключатели бывают с электромагнитным расцепителем защищающим электрическую цепь от короткого замыкания и комбинированным расцепителем — когда дополнительно с электромагнитным расцепителем применяется тепловой расцепитель защищающий цепь от перегрузки.
Примечание: В соответствии с требованиями ПУЭ бытовые электросети должны быть защищены как от коротких замыканий, так и от перегрузки, поэтому для защиты домашней электропроводки следует применять автоматы именно с комбинированным расцепителем.
Автоматические выключатели делятся на однополюсные (применяются в однофазных сетях), двухполюсные (применяются в однофазных и двухфазных сетях) и трехполюсные (применяются в трехфазных сетях), так же бывают четырехполюсные автоматические выключатели (могут применяться в трехфазных сетях с системой заземления TN-S).
Устройство и принцип работы автоматического выключателя.
На рисунке ниже представлено устройство автоматического выключателя с комбинированным расцепителем, т.е. имеющий и электромагнитный и тепловой расцепитель.
1,2 — соответственно нижняя и верхняя винтовые клеммы для подключения провода
3 — подвижный контакт; 4 — дугогасительная камера; 5 — гибкий проводник (применяется для соединения подвижных частей автоматического выключателя); 6 — катушка электромагнитного расцепителя; 7 — сердечник электромагнитного расцепителя; 8 — тепловой расцепитель (биметалли́ческая пласти́на); 9 — механизм расцепителя; 10 — рукоятка управления; 11 — фиксатор (для крепления автомата на DIN-рейке).
Синими стрелками на рисунке показано направление протекания тока через автоматический выключатель.
Основными элементами автоматического выключателя являются электромагнитный и тепловой расцепители:
Электромагнитный расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов короткого замыкания. Он представляет из себя катушку (6) с находящимся в ее центре сердечником (7) который установлен на специальной пружине, ток в нормальном режиме работы проходя по катушке согласно закону электромагнитной индукции создает электромагнитное поле которое притягивает сердечник внутрь катушки, однако силы этого электромагнитного поля не хватает что бы преодолеть сопротивление пружины на которой установлен сердечник.
При коротком замыкании ток в электрической цепи мгновенно возрастает до величины в несколько раз превышающей номинальный ток автоматического выключателя, этот ток короткого замыкания проходя по катушке электромагнитного расцепителя увеличивает электромагнитное поле воздействующее на сердечник до такой величины, что его силы втягивания хватает на то что бы преодолеть сопротивление пружины, перемещаясь внутрь катушки сердечник размыкает подвижный контакт автоматического выключателя обесточивая цепь:
При коротком замыкании (т.е. при мгновенном возрастании тока в несколько раз) электромагнитный расцепитель отключает электрическую цепь за доли секунды.
Тепловой расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов перегрузки. Перегрузка может возникнуть при включении в сеть электрооборудования общей мощностью превышающей допустимую нагрузку данной сети, что в свою очередь может привести к перегреву проводов разрушению изоляции электропроводки и выходу ее из строя.
Тепловой расцепитель представляет из себя биметаллическую пластину (8). Биметаллическая пластина — эта пластина спаянная из двух пластин различных металлов (металл «А» и металл «В» на рисунке ниже) имеющих разный коэффициент расширения при нагреве.
При прохождении по биметаллической пластине тока превышающего номинальный ток автоматического выключателя пластина начинает нагреваться, при этом металл «B» имеет больший коэффициент расширения при нагреве, т.е. при нагреве он расширяется быстрее чем металл «A», что приводит к искривлению биметаллической пластины, искривляясь она воздействует на механизм расцепителя (9), который размыкает подвижный контакт (3).
Время срабатывания теплового расцепителя зависит от величины превышения тока электросети номинального тока автомата, чем больше это превышение тем быстрее сработает расцепитель.
Как правило тепловой расцепитель срабатывает при токах в 1,13-1,45 раз превышающих номинальный ток автоматического выключателя, при этом при токе превышающем номинальный в 1,45 раза тепловой расцепитель отключит автомат через 45мин — 1 час.
При любом отключении автоматического выключателя под нагрузкой на подвижном контакте (3) образуется электрическая дуга которая оказывает разрушающее воздействие на сам контакт, причем чем выше отключаемый ток, тем мощнее электрическая дуга и тем большее ее разрушающее воздействие. Для сведения к минимуму ущерба от электрической дуги в автоматическом выключателе она направляется в дугогасительную камеру (4), которая состоит из отдельных, параллельно установленных пластин, попадая между этих пластин электрическая дуга дробится и затухает.
3. Маркировка и характеристики автоматических выключателей.
ВА47-29 — тип и серия автоматического выключателя
Номинальный ток — максимальный ток электрической сети при котором автоматический выключатель способен длительно работать без аварийного отключения цепи.
Номинальное напряжение — максимальное напряжение сети на которое рассчитан автоматический выключатель.
ПКС — предельная отключающая способность автоматического выключателя. Данная цифра показывает максимальный ток короткого замыкания который способен отключить данный автоматический выключатель сохранив при этом свою работоспособность.
В нашем случае ПКС указан 4500 А (Ампер), это значит что при токе короткого замыкания (к.з.) меньшем, либо равном 4500 А автоматический выключатель способен разомкнуть электрическую и остаться в исправном состоянии, в случае если ток к.з. превысит данную цифру возникает возможность оплавления подвижных контактов автомата и их привариванию друг к другу.
Характеристика срабатывания — определяет диапазон срабатывания защиты автоматического выключателя а так же время за которое это срабатывание происходит.
Например в нашем случае представлен автомат с характеристикой «C» его диапазон срабатывания от 5·I н до 10·I н включительно. (I н — номинальный ток автомата), т.е. от 5*32=160А до 10*32+320, это значит что наш автомат обеспечит мгновенное отключение цепи уже при токах 160 — 320 А.
4. Выбор автоматического выключателя
Выбор автомата осуществляется по следующим критериям:
— По количеству полюсов: одно- и двухполюсные применяются для однофазной сети, трех- и четырехполюсные — в трехфазной сети.
— По номинальному напряжению: Номинальное напряжение автоматического выключателя должно быть больше либо равно номинальному напряжению защищаемой им цепи:
U ном. АВ ⩾ U ном. сети
— По номинальному току: Определить необходимый номинальный ток автоматического выключателя можно одним из четырех следующих способов:
- С помощью нашего .
- С помощью нашего .
- С помощью следующей таблицы:
- Рассчитать самостоятельно по следующей методике:
Номинальный ток автоматического выключателя должен быть больше либо равен расчетному току защищаемой им цепи, т.е. тому току на который рассчитана данная электрическая сеть:
I ном. АВ ⩾ I расч. сети
Расчетный ток электрической сети (I расч. сети) можно определить с помощью нашего , либо рассчитать его самостоятельно по формуле:
I расч. сети = P сети /(U сети *K)
где: P сети — мощность сети, Ватт; U сети — напряжение сети (220В или 380В); K — коэффициент (Для однофазной сети: K=1; Для трехфазной сети: K=1,73).
Мощность сети определяется как сумма мощностей всех электроприемников в доме:
P сети =(P 1 + P 2 …+ P n )*К с
где: P 1 , P 2 , P n — мощности отдельных электроприемников; К с — коэффициент спроса (К с =от 0,65 до 0,8) в случае если в сеть подключается всего 1 электроприемник или группа электроприемников которые включаются в сеть одновременно К с =1.
В качестве мощности сети так же можно принять максимальную разрешенную к использованию мощность, например из технических условий, проекта или договора электроснабжения при их наличии.
После расчета тока электросети принимаем ближайшее большее стандартное значение номинального тока автомата : 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А и т.д.
ПРИМЕЧАНИЕ: Кроме описанного выше способа существует возможность упрощенного расчета автоматического выключателя, для этого необходимо:
- Определить мощность сети в килоВаттах (1 килоВатт=1000Ватт) по формуле приведенной выше:
P сети =(P 1 + P 2 …+ P n)*К с , кВт
2. Определить ток сети умножив рассчитанную мощность сети на коэффициент перевода (К п ) равный: 1,52 -для сети 380 Вольт или 4,55 — для сети 220 Вольт:
I сети = P сети *К п , Ампер
3. На этом все. Теперь как и в предыдущем случае полученное значение тока сети округляем до ближайшего большего стандартного значения номинального тока автомата.
И в завершении выбираем характеристику срабатывания (см. таблицу характеристик выше). Например если нам нужно поставить автомат для защиты электропроводки всего дома выбираем характеристику «C», если электроосвещение и розеточная группа разделены на два разных автомата, то для освещения можно установить автомат с характеристикой «B», а на розетки — с характеристикой «C», если необходим автомат для защиты электродвигателя — выбираем характеристику «D».
Приведем пример расчета: Имеется дом в котором есть следующие токоприемники:
- Стиральная машина мощностью 800 Ватт (Вт) (что равно 0,8кВт)
- Микроволновая печь — 1200Вт
- Электродуховка — 1500 Вт
- Холодильник — 300 Вт
- Компьютер — 400 Вт
- Электрочайник — 1200Вт
- Телевизор — 250Вт
- Электроосвещение — 360 Вт
Напряжение сети: 220 Вольт
Коэффициент спроса примем равным 0,8
Тогда мощность сети будет равна:
10