Электронный расцепитель. Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы

Определение и виды расцепителей, их преимущества и недостатки; примеры автоматических выключателей с тепловым, электромагнитным, полупроводниковым и электронным расцепляющим устройством; процессы протекающие при сверхтоках

Определение расцепителя

Расцепители разделим на две условные группы:

• основные расцепители для защиты цепей;
• вспомогательные расцепители для расширения функциональности.

Основным расцепителем (первая группа), применительно к автоматическому выключателю , называется устройство способное распознавать критическую ситуацию (появление сверхтока) и заблаговременно пресекать её развитие (вызывать расхождение главных контактов).

Вспомогательные расцепители - дополнительные устройства (ими не комплектуют базовые исполнения автоматов, а снабжают лишь заказные специальные исполнения):

• независимый расцепитель (дистанционное отключение автоматического выключателя по сигналу из вспомогательной цепи);
• расцепитель минимального напряжения (отключает автомат при падении напряжения ниже допустимого);
• расцепитель нулевого напряжения (вызывает расцепление контактов при существенном падении напряжения).

Определения терминов

Под сверхтоком понимают силу тока превышающую номинальный (рабочий) ток. Под это определение попадает ток короткого замыкания и ток перегрузки.

Ток перегрузки - сверхток, действующий в функциональной сети (длительное воздействие перегрузок может вызвать повреждение цепи).
Ток короткого замыкания (КЗ) - сверхток, который обусловлен замыканием двух элементов с очень низким полным сопротивлением между ними, при этом в нормальной работе эти элементы наделены различным потенциалом (замыкание накоротко может быть вызвано не верным подсоединением или повреждением). Например, механические воздействия или старение изоляции, вызывает соприкосновение токопроводящих жил и короткое замыкание.
Высокое значение тока короткого замыкания распознаётся из формулы:
I = U / R (сила тока равна отношению напряжения к сопротивлению).
Следовательно, как только R → к 0, тогда I → к бесконечности.

Через главные контакты в автоматическом выключателе при нормальной эксплуатации протекает номинальный ток. Механизм свободного расцепления коммутационного аппарата имеет чувствительные элементы (например, поворотная отключающая рейка). Воздействие расцепителя на эти элементы способствует мгновенному автоматическому срабатыванию, то есть расцеплению контактной системы.

Максимальный расцепитель тока (МРТ) - расцепитель, вызывающий размыкание главных контактов с выдерживанием некоторого промежутка времени или без него, как только действующее значение тока превышает заданный порог.
МРТ с обратнозависимой выдержкой времени - максимальный расцепитель тока, инициирующий расцепление контактов после истекания заданного времени, которое обратнозависимо от силы тока.
МРТ прямого действия - максимальный расцепитель тока, инициирующий срабатывание непосредственно от действующего сверхтока.

Определения максимального расцепителя тока, тока КЗ и перегрузки взяты (перефразированы без потери смысла) из стандарта ГОСТ 50345 .

Виды расцепителей , применяемых в автоматических выключателях

В автоматические выключатели устанавливают один или комбинацию, из указанных ниже расцепителей:

• обеспечивают базовую защиту от сверхтоков, заводские настройки не меняются в процессе эксплуатации:
  • тепловой расцепитель или расцепитель перегрузки;
  • электромагнитный расцепитель или расцепитель короткого замыкания;

• один из предложенных ниже заменяет первые два, в процессе эксплуатации допускается регулировка (время выдержки при сверхтоке для обеспечения селективности , какой ток считать перегрузкой, какой коротким замыканием):
  • полупроводниковый расцепитель;
  • электронный расцепитель;

• дополнительные расцепляющие устройства для расширение функциональности:
  • независимый расцепитель;
  • расцепитель минимального напряжения;
  • расцепитель нулевого напряжения.

Следует принять во внимание, что дешёвыми устройствами являются электромагнитный и тепловой расцепители. Автоматические выключатели укомплектованные полупроводниковым или электронным расцепителем (они функционально заменяют сочетание теплового и электромагнитного расцепителя) стоят от 1200 $ и выше, поэтому их применяют как вводные аппараты на номинальные токи от 630 А (бывают редкие исключения меньшего ампеража).

В видеоролике кратко рассказано о конструкции автоматического выключателя, в частности о тепловых и электромагнитных расцепителях:

Тепловой расцепитель

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину , которая при нагревании изгибается и воздействует на механизм свободного расцепления.
Биметаллическую пластину изготавливают методом механического соединения двух металлических лент. Выбирают два материала с разными коэффициентами температурного расширения и соединяются между собой с помощью спаивания, заклёпывания или сваривают.
Допустим, нижний материал в биметаллической пластине при нагревании удлиняется меньше, чем верхний металл, тогда изгиб произойдёт вниз.

Тепловой расцепитель защищает от токов перегрузки и настраивается на определённые режимы срабатывания.

Например, для изделия серии ВА 51-35 расцепители перегрузки калибруют при температуре +30 °С на:

• условный ток нерасцепления 1,05·In (время 1 час для In ≤ 63 А и 2 часа для In ≥ 80 А);
• условный ток расцепления 1,3·In для переменного тока и 1,35·In для постоянного тока.

Обозначение 1,05·In - означает кратность номинальному току. Например, при номинальном токе In = 100 А условный ток нерасцепления равен 105 А.
На времятоковых характеристиках (графики всегда имеются в заводских каталогах) наглядно показывают зависимость времени срабатывания теплового и электромагнитного расцепителей от значения протекающего сверхтока.

Преимущества:

• нет трущихся поверхностей;
• обладают хорошей вибростойкостью;
• легко переносят загрязнение;
• простота конструкции → низкая цена.

Недостатки:

• постоянно потребляют электрическую энергию;
• чувствительны к изменениям температуры окружающей среды;
• при нагреве от сторонних источников могут вызывать ложные срабатывания.

Электромагнитный расцепитель

Электромагнитный (аббревиатура ЭМ) расцепитель является устройством мгновенного действия. Представляет собой соленоид, сердечник которого воздействует на механизм свободного расцепления. При протекании сверхтока по обмотке соленоида, рождается магнитное поле, которое перемещает сердечник, с преодолением сопротивления возвратной пружины.

ЭМ расцепитель настраивают на срабатывание при токах КЗ значениями от 2 до 20·In. Погрешность настройки варьируется в пределах ±20 % от заданного значения.

Для силовых автоматических выключателей уставку срабатывания при коротком замыкании (значение тока, при котором инициируется расцепление) могут указывать как значением в амперах, так и в кратности номинальному току. Встречаются уставки:

• 3,5·In;
• 7·In;
• 10·In;
• 12·In;
• и другие.

Например, при номинальном токе автомата In = 200 А, при уставке 7·In расцепление наступит при достижении сверхтоком значения 7 · 200 = 1400 А.

• B (3-5);
• C (5-10);
• D (10-50).

В скобках указаны предельные значения от номинального тока In, при которых произойдёт расхождение контактов.

Достоинства:

• простота конструкции;

Недостатки:

• создаёт магнитное поле;
• срабатывает мгновенно, без выдержки времени.

Под выдержкой времени понимается обеспечение селективности. Селективность или избирательность достигается, когда вводной автоматический выключатель распознаёт замыкание накоротко и некоторое заданное время пропускает его. Этого времени достаточно для срабатывая нижестоящего защитного устройства. В таком случае отключается не весь объект, а только повреждённая ветвь.

Аппараты с выдержкой времени или селективные - категория применения В (все автоматы с электронным или полупроводниковым расцепителем).
Аппараты мгновенного действия или неселективные - категория применения А (фактически все автоматические выключатели с электромагнитным расцепляющим устройством).

Термомагнитный или комбинированный расцепитель

Часто применяется последовательное соединение теплового и электромагнитного расцепителя. В зависимости от производителя, такое связывание двух устройств называют комбинированным или термомагнитным расцепителем. Словосочетание «термомагнитный расцепитель» зачастую используют в зарубежных каталогах и литературе.

Явления, вызываемые сверхтоками

При появлении тока короткого замыкания возникают следующие явления:

• электродинамические силы;
• магнитное поле;
• тепловое напряжение (перегрев).

При перегрузке определяющим фактором остаётся перегрев токопроводящих частей.

Электродинамические силы

Электродинамические силы воздействует на проводник, с протекающим по нему током, который находится в магнитном поле с индукцией В.
При протекании номинального тока электродинамические силы незначительны, но при появлении тока КЗ эти силы могут привести не только к деформации и поломке отдельных частей коммутационного аппарата, но и разрушению самого автомата.
Производятся специальные расчёты на электродинамическую стойкость, которые особенно актуальны при тенденции к уменьшению габаритных характеристик (сокращаются расстояния между токопроводящими частями полюсов).

Магнитное поле

Магнитное поле является одним из факторов, порождающих электродинамические силы.
Магнитные поля отрицательно влияют на работу электрооборудования, особенно это касается измерительных приборов и компьютеров.

Тепловое напряжение (перегрев)

При протекании через проводник любого тока с силой I, его жила разогревается, что может привести к возгораниям или повреждению изоляции.
При возникновении сверхтоков перегрев имеет актуальное значение, если не блокировать КЗ, давая достигать максимальных значений.

Как работает автоматический выключатель

Нормальный рабочий режим автомата при номинальном или низком токе. Рабочий ток проходит по верхней клемме автомата, через подвесной контакт, по катушке электромагнитного расцепителя, затем проходит тепловой механизм расцепителя и нижнюю клемму автомата. При размерах тока превышающих номинал, срабатывает электромагнитная или тепловая защита.

Разновидности автоматических выключателей

С целью защиты от перегрузки по току в автомате используется тепловой расцепитель как защита от перегрузки, — это биметаллическая узкая полоса пластины собранная из двух типов сплавов, имеющих разные коэффициенты температурного расширения.

Составная биметаллическая пластина нагревается протекающим током и выгибается в сторону металла с маленьким расширением. Когда ток больше номинальной величины, то со временем пластина выгибается настолько, что этого изгиба хватает для реагирования тепловой защиты. Время, при котором среагирует расцепитель, зависит от степени превышения относительно номинального тока.

При значительном увеличении от номинала тока, тепловая защита отключит автомат быстрее, чем при малом превышении от номинала. Второй тип защиты автомата срабатывает на короткое замыкание в нагрузке – это электромагнитный расцепитель. Он состоит из медной катушки с металлическим сердечником. Относительно величины проходящего тока растет и электромагнитное поля катушки, которое намагничивает стальной сердечник.

Демонстрация механизмов автомата

Намагниченный сердечник притягивается, преодолевая усилие удерживающей его пружины, толкает механизм электромагнитной защиты и разрывает контакты. Номинального тока и тока немного выше не хватает для намагниченности сердечника, чтобы сработал механизм расцепителя. А ток короткого замыкания создает намагниченность сердечника достаточную для отключения автомата за сотые доли секунды или даже меньше.

Защита автомата при разных перегрузках

Механизм теплового расцепителя не сработает при небольшом и недолгом токе выше номинального. При большой продолжительности тока больше номинального сработает тепловой расцепитель. Время, отключения автомата тепловой защитой, может доходить до часу.

Механизмы автоматического выключателя

Временная задержка позволяет не отключать автоматы при значительных пусковых токах двигателя и кратковременных бросках тока. Время токовая характеристика тепловых расцепителей зависит также от окружающей температуры. При повышенных температурах тепловая защита отработает быстрее, чем на холоде.

Вызвать перегрузку можно включением нескольких бытовых приборов — это чайник, стиральная машина, кондиционер, электроплита. При перегрузке автомат отключается, но сразу включить его невозможно, нужно ждать, чтобы остыла биметаллическая пластина.

Работа автомата при коротком замыкании

Большие токи короткого замыкания могут оплавить электропроводку или сжечь изоляцию. Чтобы сохранить электропроводку, используют электромагнитный расцепитель . При коротких замыканиях механика электромагнитного расцепителя срабатывает мгновенно, защищая электропроводку, и она не успевает нагреться.

Однако во время размыкания контактов появляется электрическая дуга с огромной температурой. Для защиты от обгорания контактов, разрушения корпуса предназначена дугогасительная камера. Конструктивно камера состоит из элемента с набором медных тонких пластин с небольшим зазором.

Электромагнитная и тепловая защита автоматического выключателя

Электрическая дуга касаясь набора пластин через медный провод соединенного с контактом, рассыпается на части, остывает и исчезает. При коротком замыкании образуются газы, которые выходят через отверстия в камере. Для повторного включения автомата, нужно устранить причину короткого замыкания, или автомат опять выбъет.

Виновника короткого замыкания можно определить последовательным выключением бытовых электроприборов. Но если после отключения всех приборов короткое замыкание не исчезает, то большая вероятность его происхождения в электропроводке. Состояние короткого замыкания могут вызвать электроосветительные приборы, которые также необходимо отключать.

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

Зачем нужны автоматы?

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

Работа автоматических выключателей заключается в размыкании электрической цепи в случае:

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

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

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

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

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

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

Конструкция и принцип работы автомата

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

Расцепители: их типы и назначение

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

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

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

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

Крайне важные дополнения

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

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

Вот как выглядит процесс гашения дуги:

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

Определимся с количеством полюсов

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

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

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

Маркировка – информация к размышлению

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

Основной ориентир – номинал

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

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

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

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

Калибруемая характеристика номинала аппарата

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

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

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

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

Уставка – показатель моментального срабатывания

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

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

Для применяемых в быту автоматических выключателей это:

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

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

Класс токоограничения и его значение

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

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

Автоматические выключатели – это устройства, которые предназначаются для защитного отключения цепей постоянного и переменного тока в случаях короткого замыкания, токовой перегрузки, снижения напряжения или его исчезновения. В отличии от плавких предохранителей автоматические выключатели имеют более точный ток отключения, могут многократно использоваться, а также при трехфазном исполнении при срабатывании предохранителя какая – то из фаз (одна либо две) могут остаться под напряжением, что является тоже аварийным режимом работы (особенно при питании трехфазных электродвигателей).

Автоматические выключатели классифицируют по выполняемым функциям, таким как:

• Автоматы минимального и максимального тока;
• Автоматы минимального напряжения;
• Обратной мощности;

Мы рассмотрим принцип действия автоматического выключателя на примере автомата максимального тока. Его схема показана ниже:

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.

Конструкции автоматических выключателей

Существует довольно много различных конструкций автоматических выключателей как цепей переменного, так и цепей постоянного тока. В последнее время очень широкое распространение получили автоматы малогабаритные, которые предназначаются для защиты от КЗ и токовых перегрузок сетей бытовых и производственных в установках на токи до 50 А и напряжением до 380 В.

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.

Ниже показан пробочный автомат на ток 6 А и напряжением не превышающим 250 В:

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

Биметаллическую пластину, как и электромагнит, включают в цепь последовательно. Если через автоматический выключатель протекает ток выше номинального, пластина начинает нагреваться. При длительном протекании превышающего тока пластина 2 деформируется в следствии нагрева, и воздействует на механизм расцепителя 5. При возникновении в цепи короткого замыкания электромагнит 1, мгновенно втянет сердечник и этим тоже воздействует на расцепитель, который разомкнет цепь. Также данный тип автомата отключается вручную путем нажатия кнопки 4, а включение только ручное путем нажатия кнопки 3. Механизм расцепления выполняется в виде ломающегося рычага или защелки. Принципиальная электрическая схема автомата показана ниже:

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.

Ниже приведено видео подробно описывающее работу автоматического выключателя:

Введение

1. Автоматические выключатели

2. Автоматические выключатели с тепловыми расцепителями

3. Автоматические выключатели с комбинированным расцепителем

Список литературы

Введение

В настоящее время для защиты сетей и электрических приемников от повреждений, вызываемых током, превышающим допустимую величину, все шире применяются автоматические выключатели. Они служат для проведения, включения и автоматического размыкания электрических цепей при аномальных явлениях, (например при токах перегрузки, КЗ, недопустимых снижения напряжения), а также для нечастого включения цепей вручную. Выключатели выпускаются с тепловыми, электромагнитными и комбинированными (тепловыми и электромагнитными) расцепителями с различным числом полюсов -- одним, двумя и тремя. В однофазных цепях применяют одно- и двухполюсные, а в трехфазных -- трехполюсные.

1. Автоматические выключатели

Автоматические выключатели с электромагнитными расцепителями применяются для защиты сети и электрического приемника от повреждений, вызываемых током короткого замыкания, действующим даже кратковременно. Принципиальная схема такого выключателя изображена на рис 1,а.

Контакт главной цепи замыкается нажатием на кнопку или поворотом рукоятки. При этом преодолевается усилие размыкающей пружины и контакт удерживается в замкнутом положении защелкой 3. Как только ток в защищаемой цепи превысит определенную величину, сердечник 6 втянется в катушку 5 и через рычаг 4 освободит защелку 5. Под действием пружины 1 контакт 2 разомкнётся. На схеме изображен один контакт главной цепи, а практически их может быть два или три, столько же может быть и катушек 5 с сердечниками 6. Всё сердечники при втягивании действуют на одну и ту же защелку 3. Увеличение тока в любом проводе (катушке) до величины, превышающей величину установки тока срабатывания, влечет за собой размыкание всех главных контактов.

Электромагнит с механизмом отключения называется электромагнитным расцепителем. Время отключения автоматических выключателей с электромагнитными расцепителями незначительное (доли секунды), поэтому они относятся к аппаратам максимальной защиты мгновенного действия.

Преимущество автоматических выключателей перед плавкими предохранителями состоит в том, что они обладают многократностью действия. После срабатывания плавкого предохранителя требуется замена плавкой вставки. Автоматический же выключатель после устранения причины срабатывания можно подготовить для повторной работы нажатием на кнопку или поворотом рукоятки.

Автоматические выключатели применяются не только для отключения приемников при токах короткого замыкания, но и для нечастых включений и отключений их вручную при нормальной работе. Возникающая при размыкании цепи электрическая дуга гасится в воздухе или масле. В зависимости от этого автоматические выключатели называются воздушными или масляными. В цепях с напряжением до 500 В применяются в основном воздушные выключатели.

2. Автоматические выключатели с тепловыми расцепителями

Металлы имеют разные коэффициенты линейного расширения и поэтому при нагревании удлиняются неодинаково. Если две металлические пластины с различными коэффициентами расширения наложить одну на другую и прочно соединить вместе, получится биметаллическая пластина. При нагревании она деформируется выпуклостью в сторону активного слоя металла. Активным называется слой металла, обладающий большим коэффициентом расширения. Другой слой называют пассивным. Активный слой делают из стали, а пассивный -- из инвара (сплав, состоящий из 64 % железа и 36% никеля). Коэффициент линейного расширения инвара в 12 раз меньше стали.

Если один конец биметаллической пластины закрепить, то другой при нагревании будет изгибаться в сторону пассивного слоя. Это свойство пластины используется для освобождения защелки автоматического выключателя. Степень деформации пластины зависит от температуры ее нагрева.

Применяются два способа нагревания пластины: непосредственный и косвенный. При первом ток проходит непосредственно через пластину. При этом количество теплоты, которое выделяется в ней, пропорционально квадрату величины тока, времени его прохождения и сопротивлению пластины. При втором способе ток проходит по нагревательному элементу (небольшой спирали), выполненному из нихрома или другого сплава. Спираль располагают рядом с пластиной или наматывают на нее. Выделяющаяся в этой спирали теплота и нагревает биметаллическую пластину. Перед намоткой спирали биметаллическая пластина покрывается электроизоляцией, например слюдой.

На рис.1,6 изображена схема автоматического выключателя с тепловым расцепителем. Контакт 2 главной цепи замыкают вручную кнопкой или рукояткой, g замкнутом положении он удерживается защелкой 3. При прохождении по сети тока, величина которого меньше определенного значения, биметаллическая пластина 7 нагревается незначительно, и ее изгиба вверх недостаточно для того, чтобы передать усилие на защелку 3. Если же по спирали 8 будет проходить ток, величина которого превысит это определенное значение, то через некоторое время правый конец пластины 7 изогнется вверх настолько, что через толкатель 4 поднимет рычаг защелки 3. Под действием пружины 1 разомкнётся контакт 2. Время, через которое произойдет размыкание контакта, зависит от степени перегрузки сети. Тепловые расцепители не могут срабатывать мгновенно, особенно при косвенном нагреве биметаллической пластины. Нагрев и деформация ее не происходят мгновенно даже при очень большом выделении теплоты в спирали.

Автоматические выключатели с тепловыми расцепителями отключают сеть с выдержкой времени в обратной зависимости от величины тока перегрузки. При больших перегрузках отключение происходит быстрее. На схеме изображен один контакт выключателя, а их может быть два или три.