Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы. Принцип работы автоматического выключателя: типы и назначение устройства, функциональные возможности автоматов По какому принципу устанавливают автоматические выключатели

воздушные;
масляные;
вакуумные.

Гашение электрической дуги в масле или в вакууме применяется в основном в высоковольтных выключателях. Гашение дуги в воздухе может применяться как низковольтных, так и в высоковольтных выключателях.

Автоматические выключатели могут включаться вручную, с помощью встроенного электродвигателя или электромагнитного привода. Электрические приводы в основном применяют для дистанционного управления автоматами. Большинство низковольтных выключателей, рассчитанных на относительно небольшие токи, обычно снабжаются ручным приводом.

Нужно заметить, что автоматические выключатели хоть и являются коммутационными аппаратами, однако, их ресурс включения-отключения значительно ниже, чем у магнитных пускателей или контакторов.

В этом материале мы будем рассматривать широко распространенные автоматы, предназначенные для установки на DIN-рейку.

Назначение и принцип действия защит автоматических выключателей

Как уже отмечалось выше, автоматические выключатели оснащаются двумя видами токовых защит, защитой от токов короткого замыкания и тепловой защитой.

В модульных автоматических выключателях защита от токов короткого замыкания осуществляется с помощью электромагнитных расцепителей устанавливаемых на каждую фазу. Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку из нескольких витков толстого провода, по которой течет ток. Внутри катушки размещается сердечник из ферромагнитного материала. При достижении током порогового значения, сердечник втягивается внутрь катушки и электромагнитный расцепитель срабатывает. Ток, при котором срабатывает электромагнитный расцепитель, называется уставкой отсечки. Следует заметить, что срабатывание отсечки происходит очень быстро. Поэтому отсечка является токовой защитой без выдержки времени. Порог срабатывания токовой отсечки обычно выбирают больше 4. Кратность тока срабатывания расцепителей указывается на корпусе автомата.

Защита от токов перегрузки в автоматических выключателях реализуется с помощью тепловых реле устанавливаемых на каждой фазе. Тепловое реле представляет собой биметаллическую пластину, на которую навит провод, по которому течет ток. При протекании тока превышающего номинальный ток выключателя, биметалл нагревается и деформируется. Деформирующаяся пластина воздействует на расцепитель автомата и, он отключается. Уставка тепловых расцепителей автоматических выключателей обычно составляет 1.2I ном. Время срабатывания защиты зависит от величины тока. Чем больше ток, тем быстрее срабатывает защита. Таким образом, с помощью теплового реле не только контролируется величина тока, но и осуществляется выдержка времени. Следует заметить, что работа тепловой защиты напрямую зависит от температуры окружающего воздуха. Поэтому защита от перегрузки автоматических выключателей может гарантировано сохранять свои характеристики только в диапазоне температур указанных производителем.

Зависимость времени срабатывания защит автомата от тока называется время-токовой характеристикой. Типичный график время-токовой характеристики автомата приведен на рисунке.

На графике видно, что время срабатывания тепловой защиты, в зависимости от тока, может составлять от одного часа до одной секунды. Скорость срабатывания отсечки от величины тока зависит в гораздо меньшей степени.

Конструкция модульных автоматических выключателей

Основные детали модульного автоматического выключателя показаны на рисунке.

Модульные автоматические выключатели предназначены для установки на DIN-рейку. Для этой цели на задней стороне автоматов имеется специальный паз и замок надежно фиксирующий выключатель на рейке. Автоматические выключатели могут иметь от одного до четырех полюсов. В однофазной сети чаще всего используются однополюсные автоматы, а в трехфазной – трехполюсные.

Основными узлами автоматов являются:

Контактная система;
Расцепители, тепловой и электромагнитный;
Система дугогашения;
Механизм взвода и расцепления.

Контактная система состоит из подвижного и неподвижного контактов. Для обеспечения низкого переходного сопротивления, контактирующие поверхности покрываются металлокерамикой на основе серебра. Подвижный контакт соединяется с электромагнитным расцепителем посредством гибкой металлической связи.

Гашение дуги в автоматических выключателях осуществляется в дугогасительных камерах. Для гашения дуги в камере устанавливается ряд металлических пластин, которые дробят и охлаждают дугу. Камера изготавливается из фибры, которая при нагреве выделяет газы способствующие гашению дуги. Избыточное давление газов отводится из корпуса автомата через специальный канал.

Механизм включения и отключения автоматического выключателя устроен таким образом, что включение и отключение выключателя происходит быстро, независимо от скорости движения рычага управления.

Критерии выбора автоматических выключателей

Номинальный ток автоматического выключателя должен соответствовать максимально допустимому току защищаемой линии. Обычно максимальный ток определяется сечением и материалом проводов или кабелей.

Кратность тока электромагнитного расцепителя автомата выбирают исходя из пусковых токов электродвигателей, защищаемых выключателем. Это связано с тем, что пусковые токи двигателей могут превышать номинальные токи в четыре и более раз.

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.

Пожароопасные последствия разрушения легче и дешевле предупредить, чем горько сетовать о непринятых мерах. Профилактика возгорания электросети заключается в установке средств защиты. В прошлом веке функция защиты от коротких замыканий и от опасности перегруза была доверена фарфоровым предохранителям со сменными плавкими вставками, затем автоматическим пробкам. Однако из-за существенного роста нагрузки на силовые магистрали ситуация изменилась. Пришло время менять устаревшие устройства на надежные автоматы. Чтобы выбор автоматического выключателя завершился приобретением аппарата с надлежащими характеристиками, необходимы сведения о ряде электротехнических нюансов.

Зачем нужны автоматы?

Автоматические выключатели – аппараты, предназначенные для защиты силового кабеля, точнее, его изоляции от оплавления и нарушения целостности. Автоматы не защищают владельцев техники от ударов и не оберегают само оборудование. Для этих целей оснащают УЗО. Задача автоматов предотвратить перегрев, сопровождающий поступление сверхтоков на вверенный участок цепи. Благодаря их использованию не будет оплавлена и повреждена изоляция, значит, проводка будет действовать в нормальном режиме без угроз возгорания.

Работа автоматических выключателей заключается в размыкании электрической цепи в случае:

появления ТКЗ (в дальнейшем токов короткого замыкания);
перегрузки, т.е. прохождения по защищаемому участку сети токов, сила которых превышает допустимое эксплуатационное значение, но не является ТКЗ;
ощутимого снижения или полного исчезновения напряжения.

Автоматы охраняют следующий за ними участок цепи. Проще говоря, устанавливаются на вводе. Оберегают они линии освещения и розеток, магистрали подключения бытового оборудования и электродвигателей в частных домах. Линии эти прокладываются кабелем различного сечения, ведь питается от них техника разной мощности. Следовательно, для защиты участков сети с неравнозначными параметрами нужны устройства защиты с неравнозначными возможностями.

Если вы хотите узнать, как устанавливать подрозетники, советуем ознакомиться со статьёй

Казалось бы, можно без лишней мороки приобрести самые мощные приборы автоматического выключения для установки на каждую из линий. Шаг в корне неверный! А результат его проложит прямую «тропинку» к пожару. Защита от причуд электротока – дело тонкое. Потому лучше узнать, как выбрать автоматический выключатель, и установить аппарат, разрывающий цепь, когда в этом возникает реальная потребность.

Внимание. Автоматический выключатель с завышенными характеристиками будет пропускать токи, критические для проводки. Он своевременно не отключит защищаемый участок цепи, из-за чего будет плавиться или гореть изоляция кабеля.

Автоматы с заниженными характеристиками тоже преподнесут немало сюрпризов. Будут бесконечно разрывать линию при запуске техники и в итоге сломаются из-за многократного воздействия на них слишком больших токов. Контакты спаяются, что называется «залипнут».

Конструкция и принцип работы автомата

Сложно будет определиться с выбором, не разобравшись с устройством автоматического выключателя. Давайте посмотрим, что скрыто в миниатюрной коробочке из тугоплавкого диэлектрического пластика.

Расцепители: их типы и назначение

Основные рабочие органы автоматических выключателей – расцепители, осуществляющие разрыв цепи в случае превышения нормативных эксплуатационных параметров. Расцепители различаются по специфике действия и по диапазону токов, на поступление которых они обязаны реагировать. В их рядах числятся:

электромагнитные расцепители , практически моментально реагирующие на возникновение ТКЗ и «отсекающие» защищаемый участок сети в сотые или тысячные доли секунды. Состоят они из катушки с пружиной и сердечником, который втягивается от воздействия сверхтоков. Втягиваясь, сердечник напрягает пружину, а она заставляет работать расцепляющее устройство;
тепловые биметаллические расцепители , выполняющие роль барьера от перегрузок. На ТКЗ они вне сомнений тоже реагируют, но обязаны выполнять несколько другую функцию. Задача тепловых собратьев заключается в разрыве сети в случае прохождения по ней токов, превышающих предельные рабочие параметры кабеля. Например, если по проводке, предназначенной для транспортировки 16А, пойдет ток 35А, состоящая из двух металлов пластина изогнется и заставит автомат отключиться. Причем 19А она мужественно «держать» будет больше часа. А вот 23А «терпеть» целый час не сможет, сработает раньше;
полупроводниковые расцепители в бытовых автоматах редко употребляются. Однако могут служить рабочим органом защитного выключателя на вводе в частный дом или на линии мощного электродвигателя. Измерение и фиксацию аномального тока в них осуществляют трансформаторы, если аппарат устанавливается на сеть переменного тока, или дроссельные усилители, если устройство включают в линию постоянного тока. Расцепление производится блоком полупроводниковых реле.

Есть еще нулевые или минимальные расцепители, применяемые чаще всего в качестве дополнения. Они разъединяют сеть при снижении напряжения до какого-либо предельного значения, указанного в техпаспорте. Неплохой опцией бывают дистанционные расцепители, позволяющие отключать и включать автомат, не открывая шкаф управления, и замки, фиксирующие позицию «выкл». Стоит учесть, что оснащение данными полезными дополнениями, ощутимо отражается на цене аппарата.

Применяемые в быту автоматы чаще всего оснащаются слаженно работающей комбинацией электромагнитного и теплового расцепителя. Значительно реже встречаются и используются аппараты с одним из данных устройств. Все же автоматические выключатели комбинированного типа практичней: два в одном во всех смыслах выгоднее.

Крайне важные дополнения

В конструкции автоматического выключателя нет бесполезных составляющих. Все компоненты старательно трудятся во имя общего предохранительного дела, это:

дугогасительное устройство, монтируемое на каждый полюс автомата, коих бывает от одного до четырех штук. Оно представляет собой камеру, в которой по определению гасится электрическая дуга, возникающая при вынужденном размыкании силовых контактов. В камере параллельно расположены омедненные стальные пластины, делящие дугу на мелкие части. Раздробленная угроза плавким деталям автомата в дугогасительной системе остывает и напрочь исчезает. Продукты горения выводятся через газоотводные каналы. Дополнением бывает искрогаситель;
система контактов, подразделяющихся на неподвижные, вмонтированные в корпус, и подвижные, шарнирно прикрепленные к полуосям рычагов размыкающих механизмов;
калибровочный винт, с помощью которого в заводских условиях производится юстировка теплового расцепителя;
механизм с традиционной надписью «вкл/выкл» с соответствующей функцией и с предназначенной для осуществления рукояткой;
клеммы подключения и прочие приспособления для подсоединения и установки.

Вот как выглядит процесс гашения дуги:

Слегка задержимся на силовых контактах. Неподвижная разновидность напаивается электромеханическим серебром, оптимизирующим электрическую износостойкость выключателя. При применении недобросовестным производителем дешевого серебряного сплава вес изделия уменьшается. Иногда используется латунь с серебряным напылением. «Заменители» легче нормативного металла, потому качественный прибор авторитетной марки весит несколько больше, чем «левый» аналог. Важно заметить, что при замене серебра напайки неподвижных контактов на дешевые сплавы сокращается ресурс автомата. Циклов отключения и последующего включения он выдержит меньше.

Определимся с количеством полюсов

Уже упоминалось, что полюсов у данного прибора защиты может быть от 1 до 4 шт. Выбрать количество полюсов автомата проще простого, т.к. все зависит от его цели применения:

однополюсный автомат превосходно справится с защитой линий освещения и розеток. Монтируется только на фазу, никаких нолей!;
двухполюсный выключатель защитит кабель, питающий электроплиты, стиральные машины и водонагреватели. Если мощной бытовой техники в доме нет, его ставят на линию от щитка до ввода в квартиру;
трехполюсный прибор необходим для оборудования трехфазной проводки. Это уже полупромышленные масштабы. В быту может быть линия мастерской или скважинного насоса. Трехполюсный аппарат нельзя подключать к заземляющему проводу. Он всегда должен быть в полной боеготовности;
четырехполюсные автоматические выключатели применяются для предохранения от возгорания четырехпроводной проводки.

Если запланировано защитить проводку квартиры, бани, дома с помощью двухполюсных и однополюсных автоматических выключателей, сначала устанавливается двухполюсной аппарат, затем однополюсной с максимальным номиналом, далее по убыванию. Принцип «ранжира»: от более мощного компонента к слабому, но чувствительному.

Маркировка – информация к размышлению

Разобрались с устройством и принципом действия автоматов. Узнали, что зачем. Теперь смело приступим к разбору маркировки, проставленной на каждом автоматическом выключателе независимо от логотипа и страны происхождения.

Основной ориентир – номинал

Т.к. цель приобретения и установки автомата заключается в предохранении проводки, то в первую очередь ориентироваться нужно на ее характеристики. Ток, текущий по проводам нагревает кабель пропорционально сопротивлению его токоведущей жилы. Короче, чем толще жила, тем большего значения ток может пройти по ней, не расплавляя изоляцию.

В соответствии с максимальным значением силы тока, транспортируемого кабелем, подбирается номинал прибора автоматического отключения. Рассчитывать ничего не нужно, взаимозависимые значения электроустановочных устройств и проводки заботливыми электриками давно сведены в таблице:

Табличные сведения следует несколько корректировать согласно отечественным реалиям. Преобладающее количество бытовых розеток рассчитано на подключение провода с жилою 2,5 мм², что предполагает согласно таблице возможность установки автомата с номиналом 25А. Реальный номинал самой розетки всего лишь 16А, значит купить нужно автоматический выключатель с номиналом, равным номиналу розетки.

Аналогичную корректировку следует провести, если есть сомнения в качестве имеющейся проводки. Если есть подозрения в том, что сечение кабеля могло не соответствовать указанному производителем размеру, лучше перестраховаться и взять автомат, номинал которого на позицию меньше табличного показателя. Например: по таблице для защиты кабеля подходит автомат на 18А, а возьмем мы на 16А, потому что провод покупали у Васи на рынке.

Калибруемая характеристика номинала аппарата

Эта характеристика – рабочие параметры теплового расцепителя или его полупроводникового аналога. Представляет собой коэффициент, умножая на который мы получаем силу тока при перегрузке, которую прибор может держать или не держать в течение определенного периода времени. Устанавливается значение калибруемой характеристики в процессе производства, корректировки в домашних условиях не подлежит. Подбирают ее из стандартного ряда.

Калибруемая характеристика указывает на то, как долго и перегрузку какого силы сможет выдержать автомат, не отключая участок цепи от питания. Обычно это две цифры:

наименьшее значение повествует о том, что автомат будет пропускать ток с превышающими стандарт параметрами более часа. Например: автомат на 25А будет более часа пропускать ток силой в 33А, не отключая защищаемый отрезок проводки;
наибольшее значение – лимит, за пределами которого отключение произойдет меньше, чем через час. Указанный в примере прибор быстро отключится при токе 37 и более Ампер.

Если проводка проходит в штробе, сформированной в стене с внушительной изоляцией, кабель при перегрузе и сопровождающем его перегреве охлаждаться практически не будет. Значит, за час проводка может изрядно пострадать. Может, сразу результат превышения никто и не заметит, но сроки службы проводов существенно сократятся. Следовательно, для скрытой проводки будем искать выключатель с минимальными калибровочными характеристиками. Для открытого варианта можно особо не зацикливаться на данной величине.

Уставка – показатель моментального срабатывания

Данная цифра на корпусе - характеристика работы электромагнитного расцепителя. Она обозначает предельную величину аномальной силы тока, которая при многократных отключениях не повлияет на работоспособность прибора. Нормируется она в единицах тока, а указывается цифрами или латинскими литерами. С цифрами все предельно просто: это номинал. А вот скрытый смысл буквенных обозначений стоит выяснить.

Буквы проставляются на автоматах, выполненных по DIN-стандартам. Обозначают они кратность максимального тока, возникающего при включении оборудования. Тока, который в разы превышает рабочие характеристики цепи, но не становится причиной отключения и не приводит в непригодность прибор. Проще, во сколько раз ток включения оборудования может превысить номинал аппарата и кабеля без угрожающих последствий.

Для применяемых в быту автоматических выключателей это:

В – обозначение автоматов, способных реагировать без собственного повреждения на токи, превышающие номинал в интервале от 3х до 5ти раз. Очень подходят для оснащения объектов старой застройки и сельской местности. Применяются не часто, потому для торговой сети являются чаще всего заказной позицией;
С – обозначение данных средств защиты, диапазон срабатывания которых находится в пределах от 5ти до 10ти раз. Самый распространенный вариант, востребованный в новостройках и в новых загородных домах с автономными коммуникациями;
D – обозначение выключателей, мгновенно разрывающих сеть при поступление тока силой, превышающей номинал от 10 до 14ти, порой до 20ти раз. Приборы с такими характеристиками нужны только для защиты проводки мощных электродвигателей.

За рубежом есть вариации, как в большую, так и в меньшую сторону, но рядового владельца отечественной собственности они не должны интересовать.

Класс токоограничения и его значение

Об этом кратко, ведь большинство предложенных торговлей приборов относится к 3му классу токоограничения. Изредка встречается 2ой. Это показатель скорости действия аппарата. Чем он выше, тем быстрее отреагирует прибор на ТКЗ.

Информации много, но без нее будет сложно правильно выбрать автоматический выключатель и защитить имущество от нежелательных возгораний. Нужны сведения и тем, кто будет заказывать установку приборов защиты. Ведь не каждому электрику, позиционирующему себя в качестве великого специалиста, стоит безоговорочно доверять.

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.

В статье вы узнаете про устройство и принцип работы Такие средства защиты от короткого замыкания и перегрузок на сегодняшний день можно встретить в каждом доме и на производстве. Ушли в небытие так называемые пробки, которые, по сути, выполнены по такой же схеме, как и автоматические выключатели. И даже принцип действия у них схож, вот только использовать не очень удобно - на дин-рейку такую пробку не поставить.

А что уж говорить о плавких вставках - предохранителях, в которых при коротком замыкании перегорает тонкий провод. Такие можно встретить разве что в И то в них используются плавкие вставки, которые наполнены песком. В слаботочных цепях, если так можно выразиться, применяются исключительно автоматические выключатели. Типы и устройство будет рассмотрено в статье. И начнем с описания работы автоматов, которые используются чаще всего в быту.

Штатный режим работы

Итак, давайте рассмотрим устройство и принцип действия автоматического выключателя. У него имеется несколько режимов работы, каждый будет рассмотрен отдельно. В штатном режиме через автоматический выключатель течет ток, который меньше номинального или равен ему. При этом напряжение питания поступает на верхнюю клемму, которая соединена с неподвижным контактом. С последнего ток идет к подвижному контакту, затем по гибкому медному проводнику на соленоид. Далее ток с соленоида поступает на расцепитель (тепловое реле) и после на клемму, расположенную снизу. Именно она соединяется с потребителями электроэнергии.

Аварийные режимы работы

Принцип работы переменного тока таков, что при аварийной ситуации (перегрузка или короткое замыкание) происходит отключение защищаемой цепи. Начинает работать механизм свободного расцепления, он приводится в действие специальным расцепителем (обычно электромагнитные или тепловые используются в конструкциях). Давайте рассмотрим особенности обоих типов расцепителей.

Тепловой - это пластина из биметалла, которая состоит из двух слоев сплавов, у которых разные коэффициенты термического расширения. Когда ток проходит по пластине, происходит ее нагрев и она изгибается в то сторону, на которой находится металл с наименьшим коэффициентом. Когда значение силы тока превышает допустимые значения, изгиб становится таким, что его достаточно для того чтобы привести в действие весь расцепительный механизм. При этом размыкается цепь.

Электромагнитные расцепители состоят из соленоида с сердечником (подвижным), который удерживается пружиной. Когда происходит превышение максимального тока, то в катушке начинает наводиться поле. Под его действием сердечник начинает втягиваться внутрь соленоида, пружина при этом сжимается. В этот же момент начинает срабатывать расцепитель. В штатном режиме в катушке также происходит наведение поля, но у него маленькая сила, ее недостаточно для того, чтобы сжать пружину.

Режим перегрузки

Режим перегрузки - это когда ток, потребляемый подключенной к автомату нагрузкой, становится выше, нежели номинальное значение прибора. При этом ток, который проходит через расцепитель, вызывает нагрев пластины из биметалла, что приводит к увеличению ее изгиба. Это приводит к тому, что срабатывает расцепительный механизм. В этот момент выключается автомат, и цепь размыкается.

Срабатывает не мгновенно, так как для нагрева пластины нужно некоторое время. И оно варьируется в зависимости от того, насколько превышено номинальное значение силы тока. Промежуток времени может колебаться от пары секунд до часа. Задержка позволит избавиться от отключения питания при непродолжительном и случайном повышении тока. Часто такие превышения можно наблюдать при запуске электродвигателя.

Ток срабатывания

Минимальное значение силы тока, при котором обязан срабатывать тепловой расцепитель, регулируется специальным винтом на заводе-изготовителе. Значение примерно в полтора раза выше, нежели номинал, который указывается на корпусе выключателя. Как видите, принцип работы расцепителя не очень сложен. Но на силу тока, при котором происходит срабатывание тепловой защиты, огромное влияние оказывает и то, какая у окружающей среды температура.

Если в помещении жарко, то прогрев и выгибание биметаллической пластины начнут происходить при малом значении тока. А если в помещении холодно, то тепловой расцепитель начнет работать при более высоком токе. Поэтому один и тот же автоматический выключатель с биметаллической пластиной будет работать по-разному зимой и летом. Это к автоматам с электромагнитными расцепителями не относится.

Перегрузка в электроцепи

Стоит отметить, что принцип работы автоматического выключателя постоянного тока примерно такой же, как и аналогичного прибора, работающего на переменном. Суть сводится к тому, что при превышении допустимой нагрузки происходит нагрев пластины и отключение цепи. Что может быть причиной перегрузки? Самая частая причина - это подключение большого числа потребителей, у которых мощность больше, нежели расчетная.

Если вы одновременно подключите к автомату несколько потребителей - электрочайник, холодильник, утюг, стиральную машинку, кондиционер, электроплиту, - то вполне возможно, что сработает расцепитель. Даже если вы используете автоматический выключатель с номинальным током 16 А, он может отключиться. Все зависит от того, какая мощность у потребителей.

Если происходит частое отключение, то нужно решить, от каких электроприборов можно отказаться на время. Стоит ли включать электроплиту и стиралку одновременно? Зная назначение и устройство автоматических выключателей, можно, конечно, установить прибор с большим значением номинального тока. Но здесь стоит ожидать подвоха со стороны электропроводки дома и ввода - выдержат ли они большую нагрузку?

Режим короткого замыкания

А теперь давайте рассмотрим один из «главных» режимов работы - при коротком замыкании. Вы знаете общее устройство и принцип работы автоматического выключателя в режиме перегрузки. Но частный случай - это режим КЗ. Работает автомат несколько иначе. Ток возрастает при этом до бесконечности, изоляция электропроводки может расплавиться. Чтобы не произошло этого, нужно мгновенно произвести размыкание цепи.

Именно от КЗ помогает защититься электромагнитный расцепитель. Чуть ранее мы говорили о том, из каких элементов состоит этот узел автоматического выключателя. Когда ток возрастает в несколько раз, то в обмотке начинает увеличиваться магнитный поток. Под его действием сердечник втягивается, пружина сжимается. При этом происходит нажатие на спусковую планку, которая находится в механизме расцепления. И питание прерывается, так как силовые контакты мгновенно размыкаются.

Электромагнитный расцепитель - это устройство, которое способно защитить от КЗ и возгорания электропроводки. Срабатывает защита буквально за сотые доли секунды, следовательно, проводка не успевает прогреться до опасной температуры.

Размыкание силовых контактов

Нужно отметить, что по силовым контактам течет очень большой ток. И когда они размыкаются, то образуется дуга, у нее очень высокая температура - порядка 3000 градусов. Для защиты контактов и остальных компонентов от разрушений, в конструкцию вносится один небольшой элемент - дугогасительная камера. Это решетка из нескольких металлических пластинок, изолированных друг от друга.

В том месте, в котором размыкаются контакты, появляется дуга. И один ее край начинает двигаться вместе с тем контактом, который расцепляется. А второй край дуги как бы скользит по неподвижному контакту, после чего переходит на проводник, соединенный с ним. Этот проводник соединяется с дугогасительной камерой. Затем дуга начинает дробиться на пластинках, постепенно слабеет, а затем и вовсе гаснет.

Если присмотреться внимательно к автоматическому выключателю ВК-45 (принцип работы его рассмотрен в нашем материале), то можно увидеть, что внизу есть небольшие отверстия, именно через них уходят газы, которые появляются при горении. Если автомат отключился из-за срабатывания электромагнитного расцепителя, то вы не сможете его включить, пока не устраните причину КЗ. Что касается теплового расцепителя, то заново включить автомат можно после остывания биметаллической пластины.

Как работают воздушные выключатели?

Выше мы рассмотрели устройства, которые применяются в быту и на производстве. Но стоит рассмотреть и принцип работы автоматических воздушных выключателей - это совершенно иная категория приборов. Классифицируют их по типу движения воздуха:

Поперечные.
Продольные.

Воздушные автоматы могут иметь большое количество разрывов контактов, все зависит от того, на какое напряжение они рассчитаны. Чтобы облегчить гашение дуги, с контактами соединяется сопротивление в качестве шунта.

Дугогасительная камера - это набор перегородок, разбивающих дугу на маленькие составляющие. Именно поэтому дуга не может разгореться и достаточно быстро она тухнет. Высоковольтные выключатели, работающие со сжатым воздухом, отличаются тем, что у них либо есть отделитель, либо нет. Если в конструкции имеется отделитель, то силовые контакты соединяются с поршнями. В итоге получается единый механизм. Отделитель включается последовательно с контактами гасителя дуги.

Отделитель и контакты гасителя дуги - это первый полюс автомата. При подаче сигнала на отключение происходит срабатывание механического пневмоклапана. Он открывает а воздух начинает воздействовать на контакты гасителя дуги. Контакты размыкаются, а дуга при этом тушится при помощи сжатого воздуха. После этого происходит отключение и разделителя. Стоит отметить, что необходимо четко отрегулировать подачу воздуха, чтобы его количества хватило для тушения дуги.

Классификация воздушных автоматов

Все высоковольтные воздушные выключатели можно разделить на несколько групп:

Сетевые - работают при напряжении свыше 6 кВ, могут использоваться в цепях переменного тока для выключения и включения потребителей в штатных режимах (неаварийных). А также для отключения нагрузки при возникновении короткого замыкания.
Генераторные - работают в электросетях с напряжением 6-24 кВ для подключения генераторных установок. Могут выдерживать значительные пусковые токи. Имеется режим работы при КЗ.
Для использования в электротермических установках - у них диапазон напряжений 6-220 кВ. Работают как в штатном, так и в аварийном режимах.
Автоматы спецназначения - такие приборы выпускаются только под заказ, серийных образцов нет. Их делают с учетом всех особенностей эксплуатации.

Классификация по типу и местоположению механизма нагнетания воздуха:

Конструкции опорного типа.
Подвесные.
Встраиваемые в комплектные распределительные устройства.
Выкатного типа.

Плюсы и минусы воздушных автоматов

Среди преимуществ можно выделить следующие:

Используют такие устройства давно, поэтому опыта в их эксплуатации и ремонте предостаточно.
Более современные приборы (например, элегазовые) не поддаются ремонту.

Но есть и недостатки, например:

Необходимо иметь дополнительную пневматическую аппаратуру или компрессор.
При отключении (особенно при аварийном) издает много шума.
Для установки нужно большое пространство - у прибора довольно большие габариты.
Нельзя устанавливать в пыльных и влажных помещениях. Поэтому приходится применять дополнительные меры, чтобы уменьшить запыленность и влажность.

Дифференциальный автомат - что это такое?

И напоследок разберемся с принципом работы дифференциального автоматического выключателя. Это устройство для защиты, которое при аварии отключает сразу и ноль, и фазу. В функции прибора входит:

Слежение за током короткого замыкания, а также отключение цепи при его появлении.
Отключение цепи при превышении допустимой нагрузки.
Имеются ли токи утечки. В том случае, если кто-то прикасается к оголенным проводам, происходит утечка тока. Дифференциальный автомат при этом отключается.

По сути, этот прибор совмещает в себе два устройства - простой автоматический выключатель и УЗО. Главный плюс в том, что ваша безопасность и электропроводка всегда под защитой (конечно, если все сделано по правилам). Также можно выделить еще один плюс - нет необходимости в установке УЗО. Кроме того, в щитке прибор занимает немного места. И подключить к электросети прибор не составит труда.

Но есть и недостатки. В частности, на некоторых моделях отсутствуют флажки, поэтому сразу определить причину срабатывания сложно. Второй недостаток - если вышла из строя одна половина прибора, придется менять все устройство полностью. Ремонтировать его нельзя. И самый главный недостаток - это стоимость. Она значительно выше, чем у УЗО и обычного автомата. Поэтому, прежде чем ставить дифференциальные выключатели, решите, нужно ли вам это. Вполне возможно, что проще окажется поставить УЗО и обычный автомат.