Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для оперативных включений и отключений низковольтных электрических цепей и защиты их от токов КЗ и перегрузок, а также от исчезновения или снижения напряжения сети.
Роль защитных элементов, реагирующих на отклонение той или иной контролируемой величины от своего нормального значения, выполняют расцепители. В автоматах могут быть установлены следующие расцепители:
максимального тока, срабатывающие мгновенно при токе КЗ в цепи;
минимального напряжения, срабатывающие в случае понижения или исчезновения напряжения;
обратного тока, которые срабатывают при изменении направления тока в цепи постоянного тока;
независимые (ни от каких параметров электрической цепи), которые служат для дистанционного отключения автоматов;
тепловые, применяемые для защиты от перегрузок (по типу тепловых реле пускателей);
комбинированные, включающие электромагнитные и тепловые расцепители одновременно.
Автоматические выключатели снабжаются механизмом свободного расцепления (МСР), который позволяет обеспечить отключение автомата в процессе включения или после него.
На рис. схематично представлена конструкция автоматического выключателя, имеющего дугогасительные 1 и главные 2 контакты. Главные контакты, выполняемые из меди, имеют малое переходное сопротивление и могут длительного пропускать большой ток. Дугогасительные контакты, выполняемые из металлокерамики, включаются параллельно главным.
Включение автомата осуществляется вручную при повороте рукоятки 7 по часовой стрелке вокруг оси 03 или дистанционно электромагнитным приводом 8. При этом рычаги 5 механи: ма свободного расцепления перемещают вправо контактный рычаг 3, преодолевая усилие отключающей пружины 4. Пр: повороте рычага 3 вокруг оси О, замыкаются дугогасительные контакты 7, сжимая свою амортизационную пружину, затем - главные 2: Включенный автомат становится на защелку при перемещении шарнирного со единения Ог вниз.

Принципиальная конструкция автоматического выключателя
Отключение автомата осуществляется вручную путем поворота рукоятки против часовой стрелки или автоматически и дистанционно при протек нии тока по обмотке отключа щего электромагнита расцепителя 6. Его сердечник перемещает шарнир Ог вверх и жесткая система рычагов 5 "ломается" по шарниру. Отключающая пружина 4 отключает выключатель. Возникающая между контактами 1 дуга гасится в дугогасительной камере путем деления на ряд дуг металлическими пластинами 9.
Резьбовой автомат с комбинированным рацепителем показан на рис. 2. Включение автомата вручную осуществляется нажатием кнопки 1, отключение - кнопки 2. При включенном автомате ток протекает от центрального контакта 10 через неподвижные контакты 6 и 11, соединенные контактным мостиком 5, биметаллическую пластину 13, гибкую связь 14, обмотку электромагнитного рацепителя 15 к резьбовой гильзе 7.
При коротком замыкании сердечник 16 электромагнита втягивается вниз, рычаг защелки 3 поворачивается вокруг оси О, освобождая рычаг 4. Подвижная система выключателя под действием сжатой пружины 9 перемещается вверх, толкатель 8 размыкает контакты.
При длительной перегрузке биметаллическая пластина 12 нагревается и изгибается, штифт защелки 13 перемещается влево, освобождая рычаг 4, автомат отключается.
Внешний вид автоматического выключателя показан на рис. 2, а. Он собран в пластмассовом корпусе, имеет металлический цоколь с резьбой, при помощи которой ввертывается в резьбовую гильзу основания пробочного предохранителя.


Рис. 2. Резьбовой автоматический выключатель: а - внешний вид; б - принцип устройства
Широкое распространение получили автоматические выключатели, у которых ручное управление осуществляется с помощью Рукоятки 8 (рис. 3), Выключатель состоит из электромагнитного расцепителя максимального тока 1, корпуса 2, контактов 3, выводных зажимов 4, дугогасительной камеры 5, механизма свободного расцепления, крышки 7, регулятора теплового реле 9. Рукоятка управления 8 является одновременно указателем положения выключателя: верхнее положение - выключатель включен, нижнее - отключен.

Рис. 3. Автоматический выключатель с рукояткой управления
Таким образом, автоматические выключатели являются как коммутационными так и защитными аппаратами низковольтных электрических цепей.

Наверняка многие из нас задумывались, почему автоматические выключатели так оперативно вытеснили из электросхем устаревшие плавкие предохранители? Активность их внедрения обоснована рядом весьма убедительных аргументов, среди которых возможность купить этот вид защиты, идеально соответствующий время-токовым данным конкретных видов электрооборудования.

Сомневаетесь, какой именно автомат вам нужен и не знаете, как правильно его выбрать? Мы поможем найти верное решение – в статье рассмотрена классификация этих устройств. А также важные характеристики, на которые следует обратить пристальное внимание при выборе автоматического выключателя.

Чтобы вам было проще разобраться с автоматами, материал статьи дополнен наглядными фото и полезными видеорекомендациями от специалистов.

Автомат практически моментально отключает вверенную ему линию, что исключает повреждение проводки и питающейся от сети техники. После выполненного отключения ветку можно сразу же вновь запустить, не производя замену предохранительного прибора.

При регистрации автоматом КЗ отключение производит электромагнитная катушка (ситуация А). При превышении номинальных токов сеть размыкает биметаллическая пластина (ситуация Б)

Работа автоматического выключателя заключается в защите проводки (а не оборудования и пользователей) от КЗ и от оплавления изоляции при прохождении токов выше номинальных значений.

По количеству полюсов

Данная характеристика указывает на максимально возможное количество проводов, которые можно подключить к АВ для защиты сети.

Их отключение происходит при возникновении аварийной ситуации (во время превышения допустимых показателей тока или превышения уровня время-токовой кривой).

Данная характеристика указывает на максимально возможное количество проводов, которые можно подключить к АВ для защиты сети. Их отключение происходит при возникновении аварийной ситуации (во время превышения допустимых показателей тока или превышения уровня время-токовой кривой).

Галерея изображений

Особенности однополюсных автоматов

Выключатель однополюсного типа является самой простой модификацией автомата. Он предназначен для защиты отдельных цепей, а также однофазной, двухфазной, трехфазной электропроводки. К конструкции выключателя возможно подключить 2 провода – провод питания и отходящий.

В функции устройства данного класса входит лишь защита провода от возгорания. Сама нейтраль проводки помещается на нулевую шину, тем самым обходя автомат, а провод заземления подключается в шине заземления отдельно.

Подключение однополюсного АВ производится одножильным проводом, но иногда используют двухжильные кабеля. Подсоединяют питание сверху автомата, а защищаемую линию - снизу, что упрощает монтаж. Установка происходит на 18-милиметрувую din-рейку

Однополюсный автомат не выполняет функции вводного, поскольку при его вынужденном отключении происходит разрыв линии фазы, а нейтраль соединена с источником напряжения, что не дает 100% гарантию защиты.

Характеристики двухполюсных выключателей

Когда необходимо полное отключение сети электропроводки от напряжения, применяют двухполюсный автомат.

Он применяется в качестве вводного, когда во время КЗ или сбоя работы сети вся электропроводка обесточивается одновременно. Это позволяет проводить своевременные работы по ремонту, модернизации цепей абсолютно безопасно.

Применяют двухполюсные автоматы в случаях, если необходим отдельный выключатель для однофазного электроприбора, например, водонагревателя, бойлера, станка.

Подключение двухполюсного автомата происходит с учетом электрической схемы защиты с использованием 1- или 2-жильного провода (количество жил зависит от схемы расключения). Монтаж осуществляется на дин-рейку 36 мм

Подсоединяют автомат к защищаемому устройству с использованием 4 проводов, два из которых являются проводами питания (один из них непосредственно подключается к сети, а второй подает питание перемычкой) и два - отходящих провода, которые требуют защиты, причем они могут быть 1-, 2-, 3-проводными.

Трехполюсная модификации автоматических выключателей

Для защиты трехфазной 3- или 4-проводной сети используют трехполюсные автоматы. Они подходят для подключения по типу звезды (средний провод оставляют без защиты, а фазные подключают к полюсам) или треугольника (с отсутствующим центральным проводом).

При аварии на одной из линий самостоятельно отключаются остальные две.

Подключение трехполюсного АВ производится 1-, 2-,3- жильными проводами. Для установки потребуется дин-рейка шириной 54 мм

Трехполюсный выключатель служит в качестве вводного и общего для любых типов трехфазных нагрузок. Часто модификацию используют в промышленности для обеспечения током электродвигателей.

К модели подключается до 6 проводов, 3 из них представлены фазными проводами трехфазной электросети. Оставшиеся 3 являются защищаемыми. Они представляют три однофазные или одну трехфазную проводку.

Применение четырехфазного автомата

Для защиты трех-, четырехфазной электросети, например, мощного двигателя, подключенного по принципу звезды, используется четырехфазный автомат. Его применяют в качестве вводного выключателя на трехфазную четырехпроводную сеть.

Подключение четырехполюсного выключателя производится 1-, 2-, 3-, 4-жильным проводом, схема зависит от типа подключения, корпус устанавливать на din-рейку шириной 73 мм

К корпусу автомата возможно подключить восемь проводов, из них четыре являются фазными проводами электросети (из них один нейтральный) и четыре представлены отходящими проводами (3 фазными и 1 нейтральным).

По время-токовой характеристике

АВ могут обладать одинаковым показателем , но характеристики потребления электроэнергии приборами могут быть разными.

Потребляемая мощность может поступать неравномерно, меняться в зависимости от вида и нагрузки, а также при включении, выключении или постоянной работе того или иного устройства.

Колебания потребляемой мощности могут быть довольно значительными, а диапазон их изменений – широким. Это ведет к выключению автомата в связи с превышением номинального тока, что считается ложным отключением сети.

Чтобы исключить вероятность нецелесообразного срабатывания предохранителя при не аварийных стандартных изменениях (повышения силы тока, изменения мощности) используют автоматы с определенными время-токовыми характеристиками (ВТХ).

Это позволяет эксплуатировать выключатели с одинаковыми токовыми параметрами с произвольными допустимыми нагрузками без ложных отключений.

ВТХ показывают, через какое время выключатель сработает и какие показатели отношения силы тока и постоянного тока автомата при этом будут.

Особенности автоматов с характеристикой B

Автомат с указанной характеристикой выключается за время 5-20 секунд. Показатель тока составляет при этом 3-5 номинальных токов автомата. Данные модификации применяются для защиты цепей, подпитывающих бытовые стандартные приборы.

Чаще всего модель используется для защиты проводки квартир, частных домов.

Характеристика C – принципы работы

Автомат с номенклатурным обозначением С отключается за время 1-10 секунд при 5-10 номинальных токов.

Используют выключатели данной группы во всех сферах - в быту, строительстве, промышленности, но наиболее востребованы они области электрозащиты квартир, домов, жилых помещений.

Эксплуатация выключателей с характеристикой D

Автоматы D-класса применяются в промышленности и представлены трехполюсными и четырехполюсными модификациями. Их используют для защиты мощных электродвигателей и различных 3-фазных устройств.

Время срабатывания АВ – 1-10 секунд при токе, кратном 10-14, что позволяет эффективно его применять для защиты различных проводок.

В нижней части графика приведена кратность значений номинального тока, по вертикальной линии - время отключения. Для характеристики В отключение происходит при 3-5 кратных превышениях действующего тока над номинальным, для С - 5-10 кратном, для D - 10-14 кратном

Мощные промышленные двигатели работают исключительно с АВ с характеристикой D.

Возможно вам также будет интересно ознакомиться с в другой нашей статье.

По номинальному рабочему току

Всего существует 12 модификаций автоматов, отличающихся по – 1А, 2А, 3А, 6А, 10А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А. Параметр отвечает за скорость срабатывания автомата при превышении действующего тока над номиналом.

Таблица иллюстрирует предельную мощность каждой модификации автомата, исходя из схемы подключения и напряжения сети. Максимальная отдача выключателя происходит при подсоединении нагрузки по схеме треугольника

Выбор выключателя по указанной характеристике производят с учетом мощности электропроводки, допустимому току, который может выдержать проводка в нормальном режиме. Если значение тока неизвестно, его определяют с помощью формул, используя данные сечения провода, его материала и способа прокладки.

Автоматы 1А, 2А, 3А применяют для защиты цепей с малыми токами. Они подойдут для обеспечения электричеством небольшого количества приборов, например, лампы или люстры, маломощного холодильника и других устройств, суммарная мощность которых не превышает возможности автомата.

Выключатель 3А эффективно эксплуатируется в промышленности, если осуществить его трехфазное подключение по типу треугольника.

Выключатели 6А, 10А, 16А допустимо использовать для обеспечения электричеством отдельных электроцепей, небольших комнат или квартир.

Данные модели используются в промышленности, с их помощью снабжают питанием электродвигатели, соленоиды, нагреватели, сварочные автоматы, подключенные отдельной линией.

Трех-, четырехполюсные автоматы 16А используют в качестве вводных при трехфазной схеме питания. В производстве отдают предпочтение приборам с D-кривой.

Автоматы 20А, 25А, 32А используют для защиты проводки современных квартир, они способны обеспечить электричеством стиральные машины, обогреватели, электросушилки и прочую технику с высокой мощностью. Модель 25А используют в качестве вводного автомата.

Выключатели 40А, 50А, 63А относятся к классу приборов с высокой мощностью. Они используются для обеспечения электричеством силового оборудование большой мощности в быту, промышленности, гражданском строительстве.

Выбор и расчет автоматических выключателей

Зная характеристики АВ, можно определить, какой автомат подойдет для той или иной цели. Но перед выбором оптимальной модели необходимо произвести некоторые расчеты, с помощью которых можно точно определить параметры нужного устройства.

Шаг #1 – определение мощности автомата

При выборе автомата важно учитывать суммарную мощность подключаемых приборов.

Например, необходим автомат для подключения кухонных приборов к электропитанию. Допустим, к розетке будет подключаться кофеварка (1000 Вт), холодильник (500 Вт), духовка (2000 Вт), СВЧ-печь (2000 Вт), электрочайник (1000 Вт). Суммарная мощность будет равна 1000+500+2000+2000+1000=6500 (Вт) или 6,5 кВ.

В таблице приведена номинальная мощность некоторых бытовых приборов, необходимая для их работы. Согласно нормативным данным подбирается сечение силового провода для их питания и автомат для защиты проводки

Если посмотреть на таблицу автоматов по мощности подключения, учесть, что стандартное напряжение проводки в бытовых условиях составляет 220 В, то для эксплуатации подойдет однополюсный или двухполюсный автомат 32А с суммарной мощностью 7 кВт.

Следует учесть, что может потребоваться большая мощность потребления, поскольку в процессе эксплуатации может потребоваться подключение других электроприборов, которые изначально не были учтены. Чтобы предусмотреть эту ситуацию, в расчетах суммарного потребления используют повышающий коэффициент.

Допустим, за счет добавления дополнительного электрооборудования, потребовалось увеличение мощности на 1,5 кВт. Тогда необходимо взять коэффициент 1.5 и умножить его на полученную расчетную мощность.

В расчетах иногда целесообразно использовать коэффициент понижения. Его применяют тогда, когда одновременное использование нескольких приборов является невозможным.

Допустим, суммарная мощность проводки для кухни составила 3.1 кВт. Тогда понижающий коэффициент равен 1, поскольку учитывается минимальное количество приборов, подключенных одновременно.

Если один из приборов невозможно подключить с другими, то понижающий коэффициент берут меньшим единицы.

Шаг #2 – расчет номинальной мощности автомата

Номинальная мощность – это та мощность, при которой отключение проводки не происходит.

Она рассчитывается по формуле:

M = N * CT * cos(φ) ,

• M – мощность (Ватт);
• N – напряжение электросети (Вольт);
• СТ – сила тока, способная пройти через автомат (Ампер);
• cos(φ) – значение косинуса угла, принимающего значение угла сдвига между фазами и напряжения.

Значение косинуса обычно равно 1, поскольку сдвига между фазами тока и напряжения практически нет.

Из формулы выражаем СТ:

CT = M/N ,

Мощность у нас уже определена, а напряжение сети обычно 220 Вольт.

Если суммарная мощность равна 3.1 кВт, то:

CT = 3100/220 = 14 .

Получаемый ток будет равен 14 А.

Для расчета при трехфазной нагрузке используют ту же формулу, но учитывают угловые сдвиги, которые могут достигать больших значений. Обычно на подключаемом оборудовании они указаны.

Шаг #3 – вычисление номинального тока

Вычислить номинальный ток можно по документации на электропроводку, но если ее нет, то определяют исходя из особенностей проводника.

Для расчетов необходимы следующие данные:

• площадь ;
• используемый для жил материал (медь или алюминий);
• способ прокладки.

В бытовых условиях обычно проводка располагается в стене.

Для вычисления площади сечения понадобиться микрометр или штангенциркуль. Необходимо измерять исключительно проводящую жилу, а не провод и изоляцию

Сделав необходимые измерения, вычисляем площадь сечения:

S = 0,785 * D * D ,

• D – это диаметр проводника (мм);
• S – площадь сечения проводника (мм 2).

Определив, из какого материала были выполнены жилы проводника, и рассчитав площадь сечения, можно определить показатели тока и мощности, которые выдерживает проводка электросети. Данные приведены для проводки, скрытой в стене

С учетом полученных данных подбираем рабочий ток автомата, а также его номинал. Он должен быть равным или меньшим рабочего тока. В некоторых случаях допускается использование автоматов с номиналом, превышающим действующий ток проводки.

Шаг #4 – определение время-токовой характеристики

Чтобы верно определить ВТХ, необходимо учитывать пусковые токи подключаемых нагрузок.

Нужные данные можно узнать, используя нижеприведенную таблицу.

В таблице приведены некоторые виды электрических устройств, а также кратности пускового тока и длительности импульсов в секундах

По данным таблицы можно определить силу тока (в Амперах) при включении прибора, а также период, через который предельных ток будет возникать снова.

Например, если взять электрическую мясорубку, мощность которой составляет 1,5 кВт, вычислить для нее рабочий ток из таблиц (это будет 6,81 А) и, учитывая кратность стартового тока (до 7 раз) получим значение тока 6,81*7=48 (А) .

Ток данной силы протекает с периодичностью 1-3 секунды. Учитывая графики ВТК для класса B, можно увидеть, что при перегрузке автоматический выключатель сработает в первые секунды после запуска мясорубки.

Очевидно, что кратность данного прибора соответствует классу С, поэтому автомат с характеристикой С необходимо использовать для обеспечения работы электрической мясорубки.

Для бытовых нужд обычно используют выключатели, отвечающие характеристикам В, С. В промышленности для оборудования с большими кратными токами (двигателей, блоков питания и др.) создается ток вплоть до 10-кратного, поэтому целесообразно применять D-модификации устройства.

Однако следует учитывать мощность таких приборов, а также продолжительность пускового тока.

Автономные автоматизированные выключатели отличаются от обычных тем, что их устанавливают в отдельных распределительных щитах.

В функции устройства входит защита цепи от непредвиденных скачков напряжения, отключения электроэнергии на всем или определенном участке сети.

Выводы и полезное видео по теме

Выбор АВ по токовой характеристике и пример расчета тока рассмотрены в следующем видеоролике:

Расчет номинального тока АВ продемонстрирован в следующем видео:

Автоматы монтируют на входе дома или квартиры. Они располагаются в . Присутствие АВ в схеме домашней электросети – залог безопасности. Приборы позволяют своевременно отключив электролинию, если параметры сети превышают заданный порог .

Учитывая основные характеристики автоматических выключателей, а также произведя верные расчеты, можно сделать правильный выбор этого устройства и .

Если вы обладаете знаниями или опытом выполнения электромонтажных работ, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте ваши комментарии о выборе автоматического выключателя и нюансах его установки в комментариях ниже.

Несмотря на многообразие типов автоматических выключателей (автоматов), многие работают по схожим принципам и построены на базе стандартного набора функциональных элементов. В связи с широким применением автоматов модульного типа (особенно, в бытовых и низковольтных электросетях), изучать работу автоматического выключателя резонно на их примере. В качестве подопытного образца будет выступать недорогого однополюсный автомат марки ДЭК типа ВА-101-1 C3.

Автомат модульного типа внешне представляет собой стандартизированный по габаритам аппарат в пластмассовом корпусе, имеющий две или более входных клемм (в зависимости от количества полюсов) для подключения питания с одной стороны (обычно, сверху) и подсоединения нагрузки с другой (снизу). На передней панели автомата находится рычаг управления, с помощью которого осуществляется включение и отключение автомата (нагрузки) вручную. По бокам корпуса имеются технологические отверстия для установки дополнительных устройств, например, контактов состояния автомата, независимого расцепителя и некоторых других. Сверху автомат имеет отверстия для доступа к регулировочному винту теплового расцепителя и выхода продуктов горения дугового разряда. Монтаж (крепление) модульного автомата в электрошкафу осуществляется на так называемую DIN-рейку - металлический или пластмассовый профиль определенной формы.

Крепление автомата на DIN-Рейку и снятие в неё.

Окна для подсоединений дополнительных устройств к автомату.

Автомат ДЭК. Вид сверху.
1 - отверстие выхода продуктов горения дуги; 2 - отверстие с регулировочным винтом теплового расцепителя.

В электрическую цепь автомат подключается последовательно - в разрыв цепи питания нагрузки (потребителей). Принцип действия автоматического выключателя состоит в контроле силы электрического тока через автомат и, в случае необходимости, разрыве цепи (отключении нагрузки) с той или иной скоростью (задержкой), начиная с момента превышения тока и в зависимости от «серьезности» (кратности) этого превышения.

Схема подключения однополюсного автомата в цепь питания лампы накаливания.

Корпус модульного автомата, в большинстве случаев, неразборный. Для его вскрытия, с целью изучения, потребуется удалить (высверлить и извлечь) все заклепки и разделить корпус на две части. Элементы корпуса выполнены из пластмассы, не поддерживающей горение, с достаточной (расчетной) электроизоляционной способностью. С внутренней стороны полукорпусов имеются пазы и направляющие для установки функциональных элементов автомата.

Процесс вскрытия автомата.

Автоматический выключатель ДЭК внутри.

Автомат полностью разобран.

Устройство автоматического выключателя с подписями его функциональных элементов.

Механизм взвода и расцепления - механическая система из пружин и рычажков, выполняющая две основные функции: удержание контактов в сомкнутом состоянии при штатном режиме работы, и, при возникновении аварийной ситуации, по командам расцепителей или оператора (ручное отключение) быстро отвести подвижный контакт от неподвижного.

Автомат включен, механизм взведен.

Электромагнитный расцепитель представляет собой электромагнит с подвижным сердечником (якорем), который работает как толкатель. Когда ток через обмотку достигает определенного значения, якорь надавливает на рычажок спускового механизма, что приводит к его срабатыванию и отключению нагрузки. Число витков катушки и сечение обмоточной проволоки электромагнита рассчитано так, чтобы срабатывать только при относительно больших превышениях номинального тока автомата (например, при коротком замыкании), а так же чтобы выдерживать такие превышения неоднократно.

Нижняя клемма, катушка электромагнитного расцепителя и биметаллическая пластина соединены сваркой.

Якорь электромагнитного расцепителя в собранном (слева) и разобранном (справа) виде.

При движении якоря вниз в направлении красной стрелки, курок спускового механизма выходит из зацепления (красный кружок).

При движении якоря вниз, он увлекает за собой подвижный контакт, чем помогает механизму расцепления развести контакты.

Тепловой расцепитель - , изгибающаяся в определенную сторону при нагреве в результате прохождения тока через специальный проводник повышенного сопротивления, намотанный поверх неё (биметаллическая пластина косвенного нагрева). При определенном угле изгиба пластины, её кончик надавливает на рычажок спискового механизма - автомат отключается. В отличие от электромагнитного расцепителя, тепловой расцепитель более медлителен и не способен срабатывать за доли секунды, однако, он более точен и поддается тонкой настройке.

При изгибании кончика биметаллической пластины в направлении красной стрелки, курок спускового механизма выходит из зацепления (красный кружок).

Дугогасительная камера , имеющаяся в устройстве автоматического выключателя, обеспечивает быстрое гашение дугового разряда, который может образовываться при размыкании контактов. Она представляет собой набор металлических пластин, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга. Попадая на пластины, дуга разделяется, завлекается внутрь дугогасительной камеры и тухнет. Продукты горения дуги и избыточное давление сбрасываются наружу через специальный канал в корпусе автомата.

Автоматический выключатель устроен и работает по принципу постоянного слежения за силой электрического тока, использует сразу два детектора-расцепителя: электромагнитный и тепловой. Первый обладает высокой скоростью реакции, которая необходима для защиты от быстрорастущих сверхтоков, вторая - точностью и определенной задержкой в срабатывании, что позволяет исключить ложные отключения нагрузки при кратковременном и небольшом превышении силы тока.

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

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

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

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

Т.е. автоматический выключатель выполняет три основный функции:

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

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

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

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

По конструктивному исполнению выпускаются три основных типа автоматических выключателей:

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

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

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

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

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

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

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

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

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

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

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

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

Итак, давайте резюмируем:

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

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

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

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

Конструкцию, назначение и принцип действия мы разобрали.

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

Смотрите Конструкция и принцип работы автоматического выключателя в видеоформате:

Полезные статьи

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:

1. постоянного тока;
2. переменных синусоидальных гармоник 50/60 Гц;
3. 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:

1. действием человека;
2. 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:

1. теплового расцепителя;
2. 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:

1. работоспособностью защитных параметров автоматического выключателя;
2. суммарной мощностью одновременно подключенных в сеть электрических приборов;
3. 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.