Автоматические выключатели – от чего защищают и как устроены

Как работает автоматический выключатель?

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 принцип работы автоматического выключателя.

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.

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.

Автоматические выключатели - от чего защищают и как устроены

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 как работает автоматический выключатель при перегрузках

В случае короткого замыкания принцип работы автоматического выключателя 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.

Автоматические выключатели - от чего защищают и как устроены

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 принцип работы автоматического выключателя 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.

Находясь в обычном режиме работы, выключатель пропускает ток с той силой, которая соответствует нормальному уровню. Электроэнергия, используемая для функционирования устройства, поступает на верхнюю клемму. В свою очередь, эта клемма взаимодействует со статичным контактом, который передает ток на динамичный контакт, металлический проводник и непосредственно на катушку соленоида.

Оказываясь в этой катушке, электричество начинает проходить по термическому расцепителю, а затем проникать на клемму в нижней части защитного оборудования. При существенном скачке напряжения или повышении риска замыкания выключатель автоматически останавливает работу сети.

Если появляется перегруз цепи, элемент работает по другому принципу. Такое явление замечается при сильном повышении силы тока в конкретном участке, которая превышает допустимое значение в несколько раз. При контакте с тепловым расцепителем этот ток начинает деформировать его, что становится сигналом для отключения автомата.

Такой тип защиты не способен срабатывать моментально, так как процесс деформации пластинки занимает какое-то время и требует достаточного прогревания. Скорость отключения определяется избыточной силой тока в защищаемой зоне и занимает временной промежуток от нескольких секунд до часа. За счет такой задержки лишние отключения автомата из-за минимальных и непродолжительных скачков практически исключаются. В большинстве случаев эти скачки происходят при запуске электроприборов с высоким пусковым током.

Что касается показателей, при которых термический элемент начинает работать, то они регулируются специальной деталью и настраиваются еще во время производства элемента. Оптимальным вариантом является значение, превышающее нормальное число в 1,1−1,5 раза.

Предлагаем ознакомиться  Панели пвх стеновые установка своими руками

Также нужно учитывать тот факт, что в зданиях с повышенной температурой автомат защиты сети может функционировать со сбоями, так как в подобных условиях металлическая пластина поддается деформации гораздо быстрее. В холодной среде все происходит в обратном порядке — выключатель слишком долго не реагирует на скачки напряжения электрического тока.

Основное назначение автомата — ликвидировать аварийные ситуации в подключенных токовых цепях. Они бывают двух видов:

  1. Короткие замыкания (КЗ) или “коротец”, как их называют на жаргоне электриков.
  2. Перегрузки.

КЗ возникают за счет подключения к цепям действующего напряжения электрических цепочек с минимальным сопротивлением, которые создают громадные токи, зависящие от мощности питающих источников.

Токи коротких замыканий могут прожигать не только изоляцию воздушной среды во время ее ионизации, но и плавить металл проводки, вызыватьпожар, причинять другие беды.

Функции автоматического выключателя

Защитные устройства предназначены для выполнения следующих основных задач:

  • Коммутация электроцепи (возможность отключения защищаемого участка при возникновении неполадок с питанием).
  • Обесточивание вверенной цепи при возникновении в ней токов КЗ.
  • Защита линии от перегрузок при прохождении сквозь аппарат тока чрезмерной величины (такое бывает, когда суммарная мощность приборов превышает максимально допустимую).

Автоматические выключатели - от чего защищают и как устроены

Говоря кратко, АВ одновременно осуществляют защитную и управляющую функцию.

Основные типы выключателей

Существует три основных вида АВ, отличающихся друг от друга по конструктивному исполнению и предназначенные для работы с нагрузками разной величины:

  • Модульный. Он получил свое название из-за стандартной ширины, кратной 1,75 см. Рассчитан на токи небольшой величины и устанавливается в сетях бытового электроснабжения, для дома или квартиры. Как правило, это однополюсный автомат или двухполюсный.
  • Литой. Называется так из-за литого корпуса. Может выдерживать до 1000 Ампер и используется преимущественно в промышленных сетях.
  • Воздушные. Предназначен для работы с токами величиной до 6300 Ампер. Чаще всего это трехполюсный автомат, однако сейчас выпускают аппараты этого типа и с четырьмя полюсами.

Кроме перечисленных видов, существуют также устройства защитного отключения, обозначаемые аббревиатурой УЗО, и дифференциальные автоматы.

Первые нельзя считать полноценными АВ, их задача заключается не в защите цепи и включенных в нее приборов, а в предотвращении удара электрическим током при касании человеком открытого участка. Дифференциальный защитный автомат представляет собой объединенные в одном устройстве АВ и УЗО.

Внешне элемент представляет собой небольшую конструкцию из термостойкой пластмассы, на лицевой части которой находится специальный переключатель, а в задней — фиксатор-защелка. Сверху и снизу расположены винтовые клеммы. В зависимости от конструктивных особенностей и устройства, автоматические выключатели могут разделяться на следующие типы:

  1. Установочные модели — снабжены пластиковым коробом, что позволяет использовать их для всех жилищ без страха получить удар током.
  2. Универсальные агрегаты — не имеют такой защиты как предыдущая разновидность, из-за чего их используют только в специальных условиях, оснащая распределительное оборудование.
  3. Быстродействующие выключатели — характеризуются невероятной скоростью реагирования на проблемы в электрической цепи. По заявлениям производителей, скорость равна 5 миллисекундам.
  4. Устройства замедленного действия — скорость срабатывания варьируется в пределах 10−100 миллисекунд.
  5. Селективные — характеризуются поддержкой регулировки режима выключения.
  6. Электрические модели обратного тока — способны срабатывать только при изменении направления тока в каком-либо диапазоне.
  7. Поляризованные детали — отключают тот участок цепи, в котором замечается существенный скачок интенсивности тока.
  8. Неполяризованные — работают наподобие предыдущих разновидностей, но не ограничиваются одним направлением тока.

Автоматические выключатели - от чего защищают и как устроены

Что касается скорости отключения, то она определяется принципом работы автомата, а также соответствующими условиями для обесточивания конкретного участка. Они создаются электрооборудованием и токоограничивающими элементами.

Принцип действия и устройство автоматического выключателя

Перегрузки опасны тем, что незаметно создают перегрев изоляции, повреждают ее. За счет возникших в ней дефектов появляются опасные токи утечек, которые способны выявить и ликвидировать только УЗО.

Перегрузки тоже являются частой причиной пожаров оборудования.

Конструкция автоматического выключателя состоит из двух раздельных модулей, каждый из которых работает, реагируя преимущественно на КЗ или перегрузку. Это:

  1. Электромагнитная отсечка.
  2. Тепловой расцепитель.

Простая кинематическая схема показывает устройство автоматического выключателя и принцип его работы.

Электрический ток протекает от сети к нагрузке сквозь замкнутые главные контакты и катушку соленоида отключения. Тепловое воздействие воспринимается биметаллической пластиной, а силовое — сердечником электромагнита.

Биметалл или сердечник в критической ситуации бьют по поворотному рычагу, выколачивая его из зацепления с защелкой, удерживающей главный контакт во включенном состоянии. Под действием сильной отключающей пружины он быстро размыкает электрическую цепь.

Конструктивно все производители реализуют этот принцип по своим разработкам. Поэтому они немного отличаются на всех моделях. Но, общее представление внутреннего устройства дает следующая картинка.

Когда по обмотке протекает ток, то в ее сердечнике, служащей магнитопроводом, создается магнитное поле.

Если сила тока достигает критической величины, то магнитная энергия выстреливает сердечник, преодолевая натяжение удерживающей пружины. Тогда боек выбивает защелку.

Современный электромагнитный расцепитель имеет небольшие габариты, подключается гибкими проводниками к контактам.

Принцип действия автоматического выключателя

Конструкция состоит из двух соединенных пластин: сталь и латунь. У них разное линейное расширение: зависимость от температуры. При нагреве биметалл изгибается в одну сторону, а охлаждении — противоположно.

Ток проходит по закрепленной на биметаллической пластине обмотке. Во время перегрузки или КЗ биметалл воздействует на поворотный механизм, а тот — отключает автомат, обесточивая подключенные потребители.

Где: 1 – электромагнит, 2 – якорь, 3, 7 – пружины, 4 – ось, по которой движется якорь, 5 – защелка, 6 – рычаг, 8 – силовой контакт.

При протекании  номинального тока система работает нормально. Как только ток превысит допустимое значение уставки, последовательно включенный в цепь электромагнит 1, преодолеет усилие сдерживающей пружины 3 и втянет якорь 2, и провернувшись через ось 4 защелка 5 освободит рычаг 6. Тогда отключающая пружина 7 разомкнет силовые контакты 8. Такой автомат включается вручную.

В настоящее время созданы автоматы, которые имеют время отключения от 0,02 – 0,007 с на токи отключения 3000 – 5000 А.

При обеспечении защиты электросети от всевозможных сбоев используются различные приспособления и механизмы. В их числе — автоматизированные выключатели, которые предотвращают серьезные сбои в электрической цепи и сохраняют бытовые приборы от выхода из строя. Чтобы понять принцип действия автоматического выключателя, необходимо разобраться с его устройством и техническими характеристиками.

Принцип действия, конструкция и другие особенности автоматического выключателя определяются сферой эксплуатации и задачами, для которых он предназначается. Включение и выключение оборудования осуществляется как ручным образом, так и с помощью специального привода.

Первый вариант запуска имеется в защитных моделях, которые работают с силой тока до 1 тыс. ампер. Их характеризует высокая коммутационная способность, которая никак не зависит от интенсивности движения рукояти. При возникновении аварийной ситуации выключатель самостоятельно отсоединяет цепь, к чему приводит запуск механизма свободного расцепления.

Незаменимым элементом узла является расцепитель. Его задача заключается в контролировании рабочих свойств определенного участка цепи и воздействии при непредвиденных обстоятельствах на выключатель. Кроме этого, расцепитель способен удаленно отключать автомат, что немаловажно при обслуживании сложных и мощных цепей. Существуют такие виды подобных элементов:

  1. Электромагнитные — способны защищать цепь проводки от коротких замыканий.
  2. Термические — препятствуют воздействию интенсивных скачков силы тока.
  3. Смешанные.

Также в продаже имеются полупроводниковые выключатели, которые характеризуются простотой регулировки и стабильными настройками. Их используют в электрических цепях многоквартирных домов и коттеджей.

Если возникает необходимость выполнить соединение цепи при отсутствии подключения к сети, можно обойтись защитными выключателями без расцепителей. На сегодняшний день в продаже доступны сотни моделей и типов выключателей, которые подходят для различной среды эксплуатации и не боятся сверхинтенсивного использования. Отдельные серии выдерживают максимальные нагрузки и не боятся окружающих воздействий.

Выбирая подходящий выключатель автомат, нужно предварительно ознакомиться с документацией, которая поставляется вместе с ним. Это позволит подобрать оптимальный вариант для домашней сети.

Теперь разберемся, как работает автомат защиты сети. Подключение его осуществляется подъемом вверх рукоятки управления. Чтобы отключить АВ от сети, рычаг опускают вниз.

Когда автомат защитный электрический функционирует в обычном режиме, то электрический ток при поднятой вверх рукоятке управления поступает к аппарату через подсоединенный к верхней клемме кабель питания. Поток электронов идет к неподвижному контакту, а от него – к подвижному.

Предлагаем ознакомиться  Схемы однотрубной системы отопления в частном доме Однотрубная система отопления частного дома с нижней разводкой: схема

Затем по гибкому проводнику ток поступает на соленоид электромагнитного расцепителя. С него по второму гибкому проводнику электричество идет к биметаллической пластине, входящей в тепловой расцепитель. Пройдя по пластине, поток электронов через нижнюю клемму уходит в подключенную сеть.

При превышении током цепи, в которой установлен автомат защиты, номинала устройства возникает перегрузка. Поток электронов высокой мощности, проходя через биметаллическую пластину, оказывает на нее термическое воздействие, делая более мягкой и заставляя выгнуться в сторону отключающего элемента. При вступлении последнего в контакт с пластиной происходит срабатывание автомата, и подача тока в цепь прекращается.

Современные автоматические выключатели

Нагревание биметаллической пластины до такой степени, чтобы она изогнулась и вызвала срабатывание АВ, происходит в течение определенного времени. Оно зависит от того, насколько величина тока превышает номинал автомата, и может занять как несколько секунд, так и час.

Срабатывание теплового расцепителя происходит в случае превышения током цепи номинала автомата как минимум на 13%. После остывания биметаллической пластины и нормализации величины текущего тока защитное устройство можно будет снова включить.

Если воздух в помещении, где установлен аппарат, имеет высокую температуру, то пластина нагреется до отключающего предела быстрее, чем обычно, и может сработать даже при незначительном возрастании тока. И наоборот, если в доме холодно, нагревание пластинки будет происходить медленнее, и время до отключения цепи увеличится.

Срабатывание теплового расцепителя, как было сказано, требует определенного времени, в течение которого ток цепи может прийти в норму. Тогда перегрузка исчезнет, и отключения устройства не произойдет. Если же величина электротока не снижается, автомат обесточивает цепь, предотвращая оплавление изоляционного слоя и не допуская возгорания кабеля.

Причиной перегрузки чаще всего становится включение в цепь устройств, суммарная мощность которых превышает расчетную для конкретно взятой линии.

Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты сети от короткого замыкания и по принципу работы отличается от теплового. Под действием сверхтоков КЗ в соленоиде возникает мощное магнитное поле. Оно сдвигает в сторону сердечник катушки, который размыкает силовые контакты защитного устройства, воздействуя на механизм расцепителя.

Поскольку в случае КЗ в цепи происходит мгновенное возрастание тока до величины, способной за короткое время привести к тяжелым последствия, срабатывание автомата под воздействием электромагнитного расцепителя происходит за сотые доли секунды. Правда, при этом ток должен превысить номинал АВ в 3 и более раза.

Принцип действия автоматического выключателя

Рассмотрим подробно устройство автоматического выключателя. Корпус автомата выполнен из диэлектрического материала. Он состоит из двух частей, которые соединены между собой заклепками. Если необходимо разобрать корпусную часть, заклепки высверливаются, и открывается доступ к внутренним элементам защитного автомата. К ним относятся:

  • Винтовые клеммы.
  • Гибкие проводники.
  • Рукоятка управления.
  • Подвижный и неподвижный контакт.
  • Электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником.
  • Тепловой расцепитель, в состав которого входит биметаллическая пластина и регулировочный винт.
  • Газоотводное отверстие.
  • Дугогасительная камера.

С задней стороны автоматический защитный предохранитель оборудован специальным фиксатором, с помощью которого он крепится на DIN-рейке.

Последняя представляет собой рейку из металла, имеющую ширину 3,5 см, на которую крепятся модульные устройства, а также некоторые виды электрических счетчиков. Чтобы присоединить автомат к рейке, корпус защитного устройства следует завести за ее верхнюю часть, после чего защелкнуть фиксатор, надавив на нижнюю часть аппарата. Снять автомат защиты с DIN-рейки можно, подцепив защелку снизу.

Можно сделать проще – при защелкивании фиксатора сильно нажать на его нижнюю часть отверткой.

Огромное количество производителей и обширный ассортимент их автоматов, предназначенных для разных условий эксплуатации, усложняют выбор их приобретения.

При покупке следует использовать только научный подход, не полагаясь на мнение даже знакомых электриков. С этой целью все ведущие заводы наносят маркировку прямо на корпусе модуля автомата. Привожу пример для Legrand.

Выбирать модуль выключателя автоматического нужно минимум по 9 характеристикам:

  1. значению действующего напряжения и форме тока;
  2. числу полюсов;
  3. величине номинального тока защищаемой цепи;
  4. времятоковой характеристике;
  5. мощности нагрузки;
  6. предельной коммутационной способности;
  7. классу токоограничения;
  8. селективности действия;
  9. степени защита корпуса IP.

Вам придется учесть их действие комплексно.

Сразу надо обращать внимание на условия надежной работы модуля. Дело в том, что подобные защиты могут создаваться для универсальной работы в цепях постоянного или/и переменного тока.

Примером может служить известная серия советских и российских защит, выпускаемая как автоматический выключатель АП-50.

У них бывает разный уровень напряжения. Он не всегда может подойти для надежной работы в конкретной проводке. Надо проверять внимательно.

Отдельные модули могут быть созданы только для эксплуатации в цепях переменного тока.

Пробочный автомат

Бытовые автоматы изготавливают для работы в однофазной или трехфазной цепи. На защите ввода при аварии они снимают потенциалы фаз и нуля, полностью обесточивая питающую схему.

У отходящих же линий отключается только потенциал фазы, а ноль остается в работе. Этого вполне достаточно для ликвидации аварии и создания более простой схемы подключения.

Важно: температура окружающей среды сильно влияет на время срабатывания защиты. Все проверки и расчет проводят при 30 градусах. Реальные условия требуют учета температурных коэффициентов.

Нормальная работа автомата требует учитывать 4 значения тока:

  1. Номинальной величины.
  2. Условного нерасцепления.
  3. Условного расцепления.
  4. Длительно допустимого.

Величина номинального тока пишется Iн (In). Она указывается на корпусе, используется как базовое значение для выбора, работы и проверок защиты. Такая нагрузка должна длительно проходить через замкнутые контакты без их отключения.

Током условного нерасцепления называют величину I=1,13×Iн. При такой нагрузке защита не должна отключаться за время меньшее, чем 1 час с номиналом до 63 А и 2 часа — более мощным.

Характеристика условного тока расцепления определяет величину, которая надежно разрывает превышенную нагрузку.

Длительно допустимая величина тока введена для учета температурного состояния проводки без ее чрезмерного нагрева с учетом характеристик токопроводящей способности: вида металла и поперечного сечения.

Все эти величины я привел наглядным графиком для меди.Можете им воспользоваться при расчете проекта новой проводки. Данные брал изсправочников, а электрическими проверками не занимался.

Принципиальная схема автоматического выключателя

Если кто-то возьмется за эту работу, то результатыобязательно опубликую. А проверять надо, ибо с длительно допустимыми токами вмедном проводе 4 и 6 квадрата просматривается интересная закономерность.

С алюминием не стал возиться: в быту он опасен. Тем пользователям, кому интересен этот вопрос, предлагаю сравнить его характеристики с медью по следующей таблице.

Выбор автоматического выключателя при проектировании проводки необходимо проводить по характеристике его номинального тока. Этот анализ осуществляют последовательно за 3 приема:

  1. Расчет тока линии по нагрузке подключенных потребителей.
  2. Выбор номинала модульной защиты по ближайшему значению стандартного ряда величин токов.
  3. Подбор сечений проводников под действующие токовые нагрузки.

Каждая из трех составляющих важна. Допущенные ошибки исправлять сложно. Поэтому каждый этап следует повторно проверять.

Одиночные или групповые потребители, как и однофазная или трехфазная схема питания накладывают свои особенности на расчет тока подключенной линии по собственным формулам. Это наиболее сложная часть анализа.

Нагрузки электрической сети носят случайный либо закономерныйхарактер. Они всегда меняются при подключении потребителей.

Лампы накаливания и ТЭНы с резистивными сопротивлениями не дают такие эффекты, как включение индуктивных устройств: электродвигателей, дросселей, трансформаторов. Кабельные линии обладают емкостным сопротивлением.

Любое включение прибора связано с созданием апериодическихсоставляющих, формирующих переходные процессы. Они характеризуются различными бросками токов.

Конструкция автоматического выключателя должна учитывать этиявления и обеспечивать нормальное электроснабжение потребителей в любойсложной, изменчивой ситуации.

Под эти требования технически сложно создать простой и надежный автоматический выключатель с универсальным набором возможностей.Электротехническая наука пошла по другому пути: разделение нагрузок по типам реактивных составляющих и создание модулей защит под каждую.

С этой целью используется времятоковая характеристика выключателя, имеющая 3 типа: B, C и D. Они имеют разные параметры отстроек защиты от токов переходных процессов.

На графике по оси абсцисс приведено отношение тока действующей нагрузки к номинальной величине, а ординат — время отключения всекундах и их долях.

Тип B применяется для потребителей с характерной резистивной нагрузкой: обогреватели, цепи освещения, протяженные линии электропитания.

Тип C используется для смешанных схем с розеточными группами и потребителями, создающими умеренные нагрузки при включении электродвигателей.

Предлагаем ознакомиться  Как очистить стены от копоти своими руками

Тип D выбирают для потребителей не бытового назначения: силовые трансформаторы и нагрузки с повышенными токами при пусках оборудования.

Если использовать тип B автоматического выключателя длядома, то он может ложно срабатывать при включениях стиральной или посудомоечной машины, электрических насосов, мощных пылесосов.

Автомат типа D просто не среагирует на опасность, когда она не достигнет величины его уставки, но потребует защиты оборудования от броска тока.

Автоматические выключатели типа С по своим характеристикам лучше всего приспособлены для работы в домашней проводке. Но их настройку все равно необходимо проверять качественно.

Именно вопросу выбора автоматов по мощности нагрузки уделяют много внимания авторы статей для интернет. Поэтому я решил тоже высказать своемнение. А ваша задача: учесть или высказаться против.

Вся хитрость в том, что электрические характеристики любых бытовых приборов указываются в ваттах, а защиты маркируются амперами. Никакихдругих секретов здесь больше нет.

Блогеры просто переводят нагрузку, выраженную мощностью, через напряжение бытовой сети в ток. Делают это посредством новых таблиц, схем, калькуляторов.

Я предлагаю отказаться от этой идеи, а модуль защиты рассчитывать по току номинальной величины с учетом вольтамперной характеристики. Будет меньше ошибок, да и искать их станет проще. Понимаю, что выбор остается за вами.

Исходим из того, что в природе нет контактов, способных выдерживать любые нагрузки. У них всегда есть предел, выше которого они просто сгорают.

Эту величину производитель определяет экспериментально и показывает цифрой внутри прямоугольника.

Обычно модули создаются под токи КЗ до 4,5 либо 6 или 10 килоампер. Когда автомат имеет отличия предельной коммутационной способности (ПКС) для цепей переменного и постоянного тока, то они указываются отдельно. Причем каждой величине приписывается свой символ: « ~ », « — », « ~/- ».

Это значение в принципе зависит от технического состояния электропроводки — ее сопротивления. Оно закладывается в проект, зависит от многих факторов:

  • протяженности магистралей;
  • сечения и качества токопроводящих жил;
  • количества и состояния соединительных контактов;
  • удаленности от питающей трансформаторной подстанции;
  • условий технического обслуживания.

Из практики:

  • У старых зданий с ветхой алюминиевой проводкой ПКС составляет 4500 ампер.
  • Медная электропроводка обеспечивает токи КЗ 6 килоампер.
  • Когда потребитель находится близко от трансформаторной подстанции, то автоматы надо ставить на 10кА.

Если не выполнить выбор автомата по предельной коммутационной способности, то его контакты от аварийного тока могут привариться. Тогда отключения не произойдет, а вся подключенная нагрузка выгорит.

Скорость отключения короткого замыкания напрямую влияет набезопасность оборудования, а модули защит работают не одинаково. Показатели быстродействия позволяют подбирать автоматы, работающие в щадящем или экстремальном режиме оборудования.

Для наглядности действия рассмотрим их срабатывание на примере длительности одного периода напряжения синусоиды тока или напряжения (обозначается Т).

В него входят две полуволны гармоники. Для стандартной частоты 50 герц время прохождения периода составляет 20 миллисекунд (мс).

Особенности конструкции

Главным защитным средством в таких выключателях являются биметаллические или электромагнитные элементы, срабатывающие с определенной выдержкой времени при нагревании. Автоматы, в которых присутствует электромагнит, обладают довольно большим быстродействием, и этот фактор очень важен при коротких замыканиях.

Где: 1 – электромагнит, 2 –пластина биметаллическая, 3, 4 – кнопки включения и  выключения соответственно, 5 – расцепитель.

Где: 1 – электромагнит, 2 – биметаллическая пластина.

Принцип действия трехфазных автоматических выключателей практически ничем не отличается от однофазных. Трехфазные выключатели снабжаются специальными дугогасительными камерами или катушками, в зависимости от мощности устройств.

Автоматические выключатели - от чего защищают и как устроены

Разбираясь с принципом работы «автомата», важно знать об основных компонентах, из которых он состоит. Большинство моделей работает на основе таких узлов:

  1. Система расцепления.
  2. Контактные соединения.
  3. Узел контроля.
  4. Прибор для гашения дуги.
  5. Расцепители.

Контактная система представляет собой соединение статичных и динамичных контактов, которые закрыты в специальном кожуге. Динамичные контакты удерживаются шарнирами на полуоси рукояти. Их задача заключается в осуществлении одинарного отключения участка цепи.

Устройство для погашения дуги располагается в двух полюсах и предназначается для захвата дуги и ее охлаждения. По своей конструкции механизм представляет собой камеру гашения дуги с деионной решеткой из пластинок. Что касается системы расцепления, то это шарнирный компонент на три или четыре звена. С ее помощью осуществляется мгновенное расцепление и выключение контактной системы. Сферы применения затрагивают и ручные устройства, и автоматические.

Задача электромагнитного расцепителя заключается в выключении всей системы при коротком замыкании. По конструкции он представляет собой обычный электромагнит со специальным крюком. У отдельных моделей может присутствовать система гидравлического замедления. Существует еще один тип расцепителей — тепловой.

Полупроводниковые элементы — это измерительный датчик, магнит и блок реле. Магнит воздействует на всю систему, а измерительный датчик состоит из трансформатора для переменного тока или усилителя для постоянного тока.

Большинство моделей защитных приборов оснащены совмещенными расцепителями, которые работают на основе термоэлементов для защиты от повышения силы тока, а также магнитных катушек для предотвращения коротких замыканий.

Защитные конструкции обладают несколькими компонентами, размещенными внутри или снаружи автомата. В их числе всевозможные расцепители и контакты, приводы для удаленного контроля, сигнализационное оборудование и датчики автоматического отключения.

Реакция на короткое замыкание

Автоматические выключатели - от чего защищают и как устроены

Современные выключатели способны обезопасить сеть не только от скачков напряжения и перегруза, но и от частых замыканий. Как известно, подобные происшествия повышают интенсивность тока до той температуры, при которой начинается процесс расплавления изоляции проводки. А ведь подобное происшествие влечет за собой опасные последствия и может привести к пожарной ситуации. Чтобы избежать образования коротких замыканий, нужно вовремя выключить электричество. Именно для этих целей и используется выключатель.

Устройство состоит из катушки соленоида и сердечника, который фиксируется посредством небольшой пружины. При возникновении непредвиденного скачка напряжения начинает расти магнитная индукция. В связи с этим происходит моментальное размыкание контактов, а подача электротока в защищаемый участок приостанавливается. Электромагнитная деталь включается за несколько миллисекунд и препятствует воспламенению изоляции.

При отключении контактов между ними образуется дуга с температурой до 3 тыс. градусов. Естественно, бытовые приборы не способны перенести воздействие такого температурного режима, поэтому защитные автоматы дополнительно оснащают элементом гашения дуги, которые напоминают собой коробку из металлических пластинок.

Полезные советы

Если запуск электрооборудования был вызван коротким замыканием, то без устранения причины поломки восстановить электричество не получится. Зачастую проблема случается при повреждении какого-нибудь бытового прибора, поэтому, чтобы вернуть все на свои места, достаточно отсоединить вышедшее из строя устройство от сети, а затем повторно запустить выключатель.

Столкнувшись с проблемой частых отключений защитных элементов, не нужно спешить покупать новый прибор с более высокими показателями силы тока — проблема от этого не исчезнет. Ведь на этапе монтажа выключателей учитывается площадь поперечного сечения провода, поэтому чрезмерно высокий ток не появится в проводке.

Для определения причины поломки и дальнейших действий следует вызвать специалиста, но не пытаться сделать все своими руками. В большинстве случаев самостоятельные действия не дают никаких хороших результатов, а иногда и приводят к плачевным последствиям.

К сожалению, пожарные ситуации возникают слишком часто, и зачастую к ним приводит халатность потребителей, которые не соблюдают основные правила обращения с электроприборами и электричеством в целом. Но намного разумнее предупредить последствия пожара, чем потом горько жалеть о случившемся.

И если в недалеком прошлом защиту от коротких замыканий и перегруза осуществляли классические предохранители из фарфора со сменными вставками, а также пробки, то сегодня это решается с помощью автоматизированного оборудования. Выбирая такой элемент, нужно заранее ознакомиться с его техническими характеристиками и совместимостью с конкретной цепью. Качественный автомат защиты сможет спасти бытовые приборы от повреждения, а жилище от пожарной опасности.

You May Also Like

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector