Андрей Смирнов
Время чтения: ~13 мин.
Просмотров: 0

Принцип работы автоматического выключателя

Общие сведения.

Автоматический выключатель, или, говоря проще, автомат – это электротехническое устройство, знакомое практически всем. Все знают, что автомат отключает сеть при возникновении в ней каких-то проблем. Если не мудрить, то эти проблемы – слишком большой электрический ток. Чрезмерный электрический ток опасен выходом всех проводников и бытовой электротехники из строя, возможным перегревом, возгоранием и, соответственно, пожаром. Поэтому защита от высоких токов – это классика электрических схем, и существовала она еще на заре электрификации.

У любого аппарата максимально-токовой защиты есть две важных задачи:

При этом высокие токи можно поделить на две категории:

Кому-то, может быть, это покажется странным, но именно со сверхтоками короткого замыкания все обстоит предельно просто. Современные электромагнитные расцепители без труда и совершенно безошибочно определяют КЗ и отключают нагрузку за доли секунды, не допуская даже малейшего повреждения проводников и аппаратуры.

С токами перегрузки все сложнее. Такой ток ненамного отличается от номинального, в течение какого-то времени он может протекать по цепи совершенно без последствий. Поэтому нет необходимости отключать такой ток мгновенно, тем более что он мог и возникнуть очень кратковременно. Ситуация отягощается тем, что каждая сеть имеет свой предельный ток перегрузки. И даже не один.

Есть целый ряд токов, для каждого из которых теоретически можно определить свое максимальное время отключения сети, составляющее от нескольких секунд до десятков минут. Но и ложные срабатывания тоже необходимо исключить: если ток для сети безвреден, то отключение не должно происходить ни через минуту, ни через час – вообще никогда.

Получается, что уставку срабатывания защиты от перегрузок необходимо регулировать под конкретную нагрузку, изменять ее диапазоны. И, разумеется, перед установкой аппарата защиты от перегрузок его необходимо прогружать и проверять.     

Основные характеристики автоматических выключателей

Ток короткого замыкания

Первым из критериев, который учитывается при выборе автомата, является ток короткого замыкания, он же – отключающая способность выключателя.

Этот критерий характеризует максимальное значение силы тока, при котором автомат сработает, не получив повреждений.

Измеряется данный показатель в Амперах, но поскольку при коротком замыкании сила тока может достигать значительных показателей, то этот критерий для автомата указывается в тысячах Ампер.

Значение силы тока

Вторым критерием при выборе является номинальное значение силы тока, с которым будет работать выключатель.

Этот критерий указывает силу тока, при превышении которой автомат сработает и произойдет обесточивание.

На данный показатель влияет много факторов – сечение провода, материал его изготовления, протяженность проводки до автомата, нагрузка, которая будет создаваться в проводке при подключении электроприборов.

Ток срабатывания

Данный показатель указывает, какое максимальное значение силы тока может выдержать выключатель без срабатывания электромагнитного расцепителя.

Дело в том, что при включении приборов могут возникать пусковые токи, которые зачастую в несколько раз превышают номинальное значение, но при этом они не являются током короткого замыкания. К примеру, при включении компьютера.

Эти пусковые токи краткосрочны, поэтому не приводят к срабатыванию теплового размыкателя, поскольку для этого требуется время, а их сила недостаточна для включения в действие электромагнитного размыкателя.

Критерий поделен на классы, которые указывают, во сколько раз сила пускового тока может превышать номинальную без срабатывания автомата.

Селективность

Исходя из первых трех критериев, условно можно разделить все автоматы для использования на:

  1. Малонагруженных сетей;
  2. Средненагруженных;
  3. Высоконагруженных сетей.

При этом использовать, к примеру, высоконагруженный автомат для ветви сети, которая обеспечивает питание лампочек не только нецелесообразно, но и опасно.

Его характеристики значительно выше, чем требуется для такой сети, поэтому даже при возникновении КЗ он может попросту не сработать.

И наоборот, автомат для малонагруженных сетей при использовании на сетях с большой нагрузкой будет срабатывать даже при небольших перегрузках.

Количество полюсов автомата указывает, с каким из типов сетей он может работать.

Для обычной домашней однофазной сети подходит двухполюсный выключатель.

На обеспечение отдельного участка этой сети подойдет однополюсный автомат.

А вот если имеется трехфазная сеть в доме, то понадобится четырехполюсный выключатель.

Но это только критерии, указывающие основные характеристики. Следует отметить, что все они нанесены в виде маркировки на корпусе автоматического выключателя.

Теперь на примере объясним, за что отвечает каждый из элементов этой маркировки.

Быстродействие

От того, как быстро включается и замыкает свои контакты выключатель, во многом зависит его срок службы. Однако можно ли в домашних условиях определить, насколько соответствует этому параметру ваш аппарат, не разбирая сам корпус и не прибегая к специализированным лабораторным испытаниям?

Конечно можно. Все делается очень просто. Берете обычную индикаторную отвертку на батарейках. Именно с батарейкой.

Ее обычно применяют для прозвонки и определения целостности цепи. Хотя знающие люди используют этот полезный девайс еще многими способами. Какими именно, читайте в отдельной статье.

Жалом отвертки прикасаетесь к верхнему контакту, прижимая металлический пятачок на ручке сверху, а пальцем другой руки дотрагиваетесь до нижнего контакта выключателя.

После чего, медленно начинаете включать автомат, взводя язычок.

Контакт должен появиться (загорится светодиод в отвертке) только в самый последний момент, когда аппарат уже щелкнул.

Если ту же самую манипуляцию проделать с другим выключателем, то лампочка загорается при достижении середины хода рычага включения.

Получается, что аппарат еще не взведен, а контакты уже замкнуты. Вот к чему это иногда приводит при большой нагрузке (вид контактов изнутри автомата):

Это в конечном итоге сказывается на быстром износе и выгорании контактов. В то время как механизм быстрого включения, увеличивает срок службы изделия почти на 30%.

Конструкция автоматического выключателя

Внутренняя же конструкция его не такая уж и простая.

В корпусе располагаются:

  • Механизм взвода;
  • Винт тепловой установки;
  • Биметаллический тепловой расцепитель;
  • Электромагнитный катушечный расцепитель;
  • Дугогасительная камера;
  • Силовые контакты;
  • Канал отвода раскаленных газов.

Каждый из этих элементов выполняет определенную работу. Читайте по теме — что такое дифавтомат, как подключить.

Механизм взвода соединен с тумблером, а на концах его установлены силовые контакты. Им и производится передача электрического тока с входящих клемм на выходящие.

Биметаллический (тепловой) расцепитель представляет собой пластину, которая при нагреве изгибается, разъединяя силовые контакты.

Предназначен этот расцепитель для прекращения подачи тока, если его сила не имеет пикового значения.

При незначительном превышении силы тока со временем пластина разогреется и произойдет размыкание контактов. То есть, срабатывает этот расцепитель через определенное время.

Винтом же регулируется зазор между пластиной и контактом. Регулировка этого винта выполняется заводом-изготовителем.

Электромагнитный расцепитель предназначен для мгновенного обесточивания сети. Срабатывает он только при воздействии на него токов больших значений, возникающих при коротком замыкании.

При срабатывании одного из расцепителей, между контактами неизбежно произойдет возникновение электрической дуги, и чем больше сила тока – тем она сильнее.

Чтобы эта дуга не привела к повреждению элементов выключателя, в его конструкцию входит дугогасительная камера, которая гасит внутри себя возникшую дугу.

При всем этом внутри образуются газы с повышенной температурой, которые отводятся по специальному каналу.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Стабилизаторы напряжения – какой выбрать для дома и дачи

Конструктивно все автоматические выключатели практически одинаковы, но рабочие параметры их отличаются.

Существуют определенные критерии выбора автоматических выключателей, которые и учитывают их параметры.

Подписка на рассылку

Многих интересует, для чего нужен автоматический выключатель, а также устройство и принцип действия автоматического выключателя. Сегодня в нашей статье мы постараемся ответить на эти вопросы.

Итак, начнем с первого вопроса. Автоматический выключатель устанавливают для того, чтобы защитить кабели, провода, а также электроприборы от короткого замыкания (к.з.) и перегрузки.

Устройство автоматического выключателя

Модульный автоматический выключатель внешне представлен в виде корпуса и рычага управления, которые выполнены из ПВХ-пластиката пониженной горючести. Также невооруженным взглядом можно определить клеммы (нижняя и верхняя) для подключения кабеля или провода. Внутри же корпуса защитного аппарата размещаются следующие элементы:

• силовые контакты (подвижный и неподвижный), обеспечивающие коммутацию; • механизм взвода и расцепления, который взаимосвязан с рычагом управления; • катушка (электромагнит) и подвижный сердечник (якорь), выполняющий функцию толкателя. Эти элементы являются электромагнитным расцепителем и обеспечивают защиту от токов к.з.; • дугогасительная камера. Данное устройство выполняет быстрое гашение дугового разряда, который образуется при размыкании контактов; • биметаллическая пластина. Данный элемент является тепловым расцепителем и обеспечивает защиту от повышенной нагрузки. Также имеется регулировочный винт, при помощи которого обеспечивается регулировка значения тока, при котором данный расцепитель должен сработать.

Принцип работы автоматического выключателя

Работа автоматического выключателя в различных режимах происходит по такому принципу:

1. Нормальный режим.

Во время взвода рычага управления выключателем приводится в движение механизма взвода и расцепления, тем самым осуществляя коммутацию силовых контактов. После коммутации ток протекает от питающего провода или кабеля, подключенного к винтовому зажиму, через этот зажим по контактам, сначала по неподвижному, а затем и по подвижному. Далее ток проходит через гибкую связь, катушку электромагнита, снова через гибкую связь и биметаллическую пластину, и в конце через нижний винтовой зажим к отходящей линии, “питающей” электроприбор.

2. Короткое замыкание.

В данном режиме электромагнитный расцепитель автоматического выключателя должен произвести мгновенное отключение нагрузки. Принцип действия заключается в следующем: при значительном превышении номинального тока, протекающего через обмотку электромагнита, возникает мощное магнитное поле, которое тянет вниз якорь с подвижным контактом. Якорь в свою очередь надавливает на рычажок спускового механизма, в результате чего происходит отключение нагрузки. Необходимо отметить, что в результате мгновенного возникновения магнитного поля автоматический выключатель успевает отключиться до появления нежелательных последствий. Однако во время размыкания возможно возникновение дугового разряда между подвижным и неподвижным контактами. Дуга движется в сторону дугогасительной камеры. Попадая на пластины, дуга расщепляется, завлекается внутрь камеры и тухнет. Образовавшиеся продукты горения вместе с избыточным давлением выходят наружу через специальное отверстие в корпусе автомата.

За защиту от перегрузки отвечает тепловой расцепитель. Принцип работы данного расцепителя заключается в следующем: когда ток, протекающий через биметаллическую пластину, становится равным или больше установленного значения, пластина нагревается и постепенно изгибается. Достигнув определенного угла изгиба, она надавливает своим кончиком на рычажок спускового механизма. Таким образом автомат отключается.

Стоит отметить, что терморасцепитель, в отличие от магнитного, является более медлительным. Для его срабатывания требуется больше времени, но зато он более точный и легче поддается настройке.

Мы рассказали об устройстве и принципе работы автоматического выключателя. Также вы можете посмотреть наше видео, в котором детально показано, как устроен автомат и принцип его работы.

Основные критерии выбора

Для того чтобы правильно подобрать вводной автомат (ВА) нужно знать на какие характеристики стоит обратить внимание при покупке

Номинальный ток

Это самая важная характеристика при выборе вводного защитного устройства. Это свойство прибора обозначает максимальный ток, при превышении которого произойдёт отключение питания, за определённое время.

Вне зависимости от того, является автомат вводным или обеспечивающим защиту конкретной линии (провода), его расчёт производится по максимальной мощности потребителей электроэнергии. Номинал вводного устройства выбирают, рассчитывая мощность (или ток) всех потребителей при одновременном включении в сеть, для большей безопасности уменьшая полученное число на 10-15%, округляя в сторону меньшего значения.

Количество полюсов

Существуют автоматы с разным количеством полюсов. Однополюсные применяют для защиты отдельных линий. Функции вводного автомата обычно выполняют двух, трех или четырехполюсные автоматические выключатели.

Важное правило, которое поможет выбрать количество полюсов заключается в том, что для однофазных сетей применяют двухполюсные автоматы, а для трехфазных – трех или четырехполюсник. Двухполюсные выключатели выполнены с общим для обоих полюсов рычагом и механизмом отключения

То есть при аварийной ситуации происходит отключение сразу двух полюсов (обычно к одной клемме подключают фазу, ко второй — ноль). Такие приборы часто применяются в однофазных сетях жилых помещений многоквартирных домов

Двухполюсные выключатели выполнены с общим для обоих полюсов рычагом и механизмом отключения. То есть при аварийной ситуации происходит отключение сразу двух полюсов (обычно к одной клемме подключают фазу, ко второй — ноль). Такие приборы часто применяются в однофазных сетях жилых помещений многоквартирных домов.

Трехполюсный (или четырёхполюсный) автомат используют при вводе электрического кабеля в частные дома при трехфазной сети, а также в промышленных зданиях и даже в некоторых квартирах. К каждой клемме прибора подключают по фазе (и ноль, если это четырехполюсник). Он также, как и двухполюсник имеет один общий рычаг для всех полюсов и при перегрузке отключает питание по всем фазам.

Времятоковая характеристика

Характеризует ток мгновенного расцепления и чаще всего обозначается на приборе латинскими буквами B, C или D. От времятоковой характеристики зависит чувствительность защитного устройства к пусковым токам электроприборов и оборудования. Для вводного автоматического выключателя это свойство является важным, так как оно влияет на срабатывание нижестоящих групп автоматов.

Чаще всего используют следующие типы автоматов по времятоковой характеристике:

  • B – при значении тока в 3 — 5 раз выше номинального сработает электромагнитный выключатель устройства и оно мгновенно отключится;
  • C – электромагнитный расцепитель отключит устройство при превышении тока в 5-10 раз;
  • D – сработает при превышении тока в 10-20 раз от номинального.

Для вводного автомата в жилые помещения применяют устройства с времятоковой характеристикой типа C, так как большинство приборов в домашних условия не имеют больших пусковых токов и не будут оказывать негативного влияния на электрическую сеть квартиры или дома.

Характеристики срабатывания каждого устройства указываются в паспорте и инструкции завода-изготовителя автоматического выключателя.

Способ крепления

Все автоматические выключатели имеют стандартное крепление и помещаются на дин-рейку в электрощите. Это же правило относится и к вводным автоматам. Исключение составляют специальные устройства для промышленных целей, которые могут закрепляться без дин-рейки на специальные крепления.

Бренд выключателя

При выборе вводного защитного выключателя, также как и в случае выбора любых электротехнических устройств важно ориентироваться на известного производителя, заслужившего признание. Такие производители дают гарантию качества на свои устройства и изготавливают надежные, долговечные и безопасные автоматические выключатели

К самым популярным на сегодняшний момент относятся автоматы следующих производителей:

Популярные производители

ABB

Данная компания была основана в 1988 году. Она образовалась путем слияния шведской и швейцарской компаний. Но почти половина производства располагается на территории Германии, поэтому многие ошибочно относят компанию к немецкой. Компания специализируется на производстве систем автоматизации, автоматических выключателей, комплексов для распределения электроэнергии. Сегодня продукция «ABB» считается одной из самых качественных и пользуется большим спросом. Автоматы данного производителя имеют большой диапазон номинального тока, поэтому их с легкостью можно приспособить под любое здание.

Schneider Electric

Данная французская компания образовалась в 1836 году. Более чем за 180 лет трудовой деятельности в компании случилось много преображений и изменений. Сегодня компания занимается внедрением инновационных технологий в жизнь. На российском рынке «Schneider Electric» давно завоевала популярность, продукция данного бренда имеет большое число положительных отзывов и рекомендована электриками.

Legrand

«Legrand» — так же французская компания, занимающаяся выпуском электротехнической продукции. Компания была основана в 1866 году, и сначала она занималась выпуском фарфоровых изделий. Потом они начали изготавливать фарфоровые изоляторы.  И только с 1949 года «Legrand» перешла на выпуск электроустановочных устройств. Сегодня компания выпускает автоматы четырех категорий. Максимальный номинальный ток может достигать 630 А, а минимальный 6 А. это позволяет использовать изделия дано бренда как для дома, так и для производства.

Ошибки при выборе, которые нужно учитывать

Напоследок рассмотрим самые распространенные ошибки, которые допускаются при выборе автоматического выключателя.

Ошибка 1.

Выбирая автомат, руководствуются суммарной мощностью потребителей, что является одной из самых грубых ошибок.

Автомат только защищает проводку от перегрузок, изменить ее характеристики он неспособен.

Если поставить мощный автомат на слабую проводку и подключить к ней сильный потребитель энергии, это неизбежно приведет к повреждению проводки, при этом автомат не сможет выполнить свою работу.

Поэтому всегда нужно ориентироваться по сечению провода и его пропускной способности, а не по мощности потребителей.

Ошибка 2.

Зачастую все ветки сети оснащаются одинаковыми автоматами, а затем пытаются использовать одну из ветвей в качестве сильнонагруженной.

Еще на стадии монтажа электрической сети желательно позаботиться о том, чтобы хоть одна из веток имела повышенные параметры и была оснащена автоматом, рассчитанным на значительные нагрузки.

К примеру, в гараже частного дома возможно использование приборов, создающих значительную нагрузку.

Эту ветвь лучше заранее усилить, чем потом переделывать или надеяться, что автомат или проводка «выдержат».

Ошибка 3.

При приобретении автоматических выключателей покупатели стараются минимизировать затраты. На безопасности лучше не экономить.

Покупать такие устройства следует только у хорошо зарекомендованных фирм в специализированных магазинах, а еще лучше у официального дистрибьютора.

Надеемся, что данные выше советы помогут вам правильно подобрать автоматический выключатель для своего дома.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации