Разновидности электрических автоматических выключателей

Назначение приборов

Основная функция, возлагаемая на автоматические выключатели, сводится к защите кабеля от коротких замыканий и его перегрузки. Кроме этого, в комплекс задач для устройства входит:

• пропускание тока номинальной нагрузки при его длительном использовании;
• стабильное поддержание потенциала напряжения сети с гарантией ее изоляции;
• возможность ручного управления состоянием силового контакта;
• способность определения момента возникновения перегрузки и обеспечение необходимого времени для безопасной работы, после чего питание снимается с подключенных потребителей.

Важно правильно подбирать тип электрических автоматов с учетом технических характеристик сети, так как частое отключение электросети чревато губительными последствиями для подключенных приборов.

Для этого стоит понять, как работает автоматический выключатель. Прибор, рассчитанный на высокую мощность, не всегда уместен, так как опасная ситуация для бытового помещения может не распознаться. Сила тока, выходящая за пределы допустимой для кабеля нормы, чаще не определяется автоматическим выключателем как аварийное положение. Тогда короткое замыкание может вызываться расплавлением изоляции, но к этому времени есть риск возникновения возгорания. Устройство автоматического выключателя меньшей мощностью способно часто и регулярно останавливать подачу напряжения на потребителя. В результате автомат перестанет функционировать из-за выхода из строя контактов.

Уход за электроаппаратурой

Электроаппаратура, как и любые другие приборы, нуждается в уходе. Техническое обслуживание автоматических выключателей осуществляется по определенной процедуре со строгой периодичностью. Пользователи зачастую не подозревают о такой необходимости, но она есть. Электротехника подвержена износу, постепенно происходит окисление контактов, старение изоляции, износ подвижных частей и прочие изменения. Поэтому расчет автоматического выключателя по мощности, выполненный 5 лет назад, может не соответствовать реальному положению дел.

Наверное, у многих из вас случались ситуации, когда безупречно работавшая сеть начинает барахлить. Очевидным проявлением этого становится факт, когда без видимых причин часто срабатывает автоматический выключатель. Причина может быть и в самом аппарате, но чаще всего такое происходит из-за проблем с проводкой и скрытых дефектов в электрических схемах бытовых приборов и оборудования.

Для выявления и предупреждения таких ситуаций существует прогрузка автоматических выключателей. Она проводится каждые три года с использованием специального оборудования и выполняется с целью проверки соответствия фактического состояния автомата требованиям безопасной эксплуатации электросетей. Методика проверки автоматических выключателей предусматривает проверку состояния изоляции, времени срабатывания защиты на сверхтоки и нагрев, состояния контактов и прочих параметров.

Проведение регулярного технического обслуживания обеспечивает выявление неполадок на ранних стадиях, предупреждает более серьезные последствия и гарантирует безопасную эксплуатацию сетей в обозримом будущем. Обнаруженные неисправности автоматических выключателей по возможности устраняются, но чаще всего в таких случаях требуется полная замена электроаппаратов, особенно в случае их малых типоразмеров.

Производители электротехнической продукции изготавливают многие запчасти к мощным промышленным автоматам. Для бытовой или маломощной аппаратуры обычно выпускают только запасные контактные группы. Поэтому замена автоматических выключателей – типичное действие при ремонте электросетей. Регулярный уход за электроаппаратурой – совершенно необременительная процедура, в том числе по деньгам. Ее основная цель – профилактика.

В числе технических характеристик автоматов указывается также гарантированное количество циклов включения/отключения. По этим показателям автоматические выключатели имеют срок службы, измеряемый десятилетиями при условии грамотной установки аппаратов и своевременного ухода за ними. Они должны полностью соответствовать параметрам сети. Кроме того, для продления сроков их службы не следует пользоваться неисправными электроприборами, которые провоцируют частое отключение сети.

Разновидности по полюсам

Автоматы могут иметь от 1 до 4 полюсов, что определяется мощностью подключаемого электрооборудования и количеством фаз сети.

Классификация по числу полюсов автоматических выключателей:

1. Однополюсный автомат способен защитить сеть, к которой подключены маломощные приборы. Монтаж производится на фазный провод, нулевой при этом исключается.
2. Двухполюсный прибор актуален для линии, к которой подключается достаточно мощная бытовая техника (стиральная машина, электроплита, бойлер).
3. Трехполюсная модель. Предназначается для полупромышленного масштаба с подключением установок: насосов, устройств для автомастерских или строительных работ.
4. Четырехполюсный автомат защищает от коротких замыканий, перегрузок четырехпроводных сетей.

Для четырехжильного кабеля устанавливаются только трех- и четырехполюсные автоматы выключения.

Конструкция и принцип работы автомата

Выпускаются следующие типы автоматических выключателей:

• воздушные автоматические выключатели;
• автоматические выключатели в литом корпусе;
• модульные автоматические выключатели.

Для применения изделия необходимо знать, как устроен автомат. Автоматический выключатель состоит из корпуса, изготовленного из диэлектрического материала. Передняя панель прибора служит для маркировки. Задняя часть устройства имеет для монтажа дин-рейки. На дин-рейку крепятся приборы с помощью защелки. Это позволяет быстро монтировать и демонтировать прибор при монтажных работах.

Сам прибор представляет собой модульную, не разборную конструкцию, без дополнительного вмешательства – то есть его можно разобрать, но предварительно удалив четыре заклепки, которыми соединяются две половинки корпуса. Автоматический выключатель состоит из:

• нижней и верхней клемм под винт;
• подвижного и неподвижного контакта;
• механизма электромагнитного расцепителя с катушкой и сердечником;
• рукояткой включения-отключения;
• теплового расцепителя с биметаллической пластиной, снабженного регулировочным винтом;
• защелки фиксатора крепления.

Принцип работы изделия заключается в следующем. Включается и выключается прибор вручную с помощью рукоятки. Тепловой расцепитель служит для защиты от незначительных, но длительных перегрузок, при больших значениях происходит нагрев биметаллической пластины, деформация ее – затем отключение цепи. Этот расцепитель имеет регулировку выключения.

Электромагнитный расцепитель отключает сеть при возникновение кз в электрической линии. Подача электричества на потребители должна выключиться.

Классификация по времятоковому показателю

Количество ложных срабатываний автоматов при неравномерной нагрузке на сеть оптимизируется благодаря разной скорости реагирования на превышение номинального тока. Зависимость времени отключения сети от силы протекающего тока определяет следующие виды автоматических выключателей:

• A. Встречается у европейских изготовителей. Самая чувствительная модель. На отклонение от нормы отзывается мгновенно. Обычно используется для защиты линий с подключенным высокоточным оборудованием. (Номинал тока 2-3). Устанавливаются редко.
• B. Предусмотрен для помещений, оснащенных старой алюминиевой проводкой. Подходит для длинных линий, осветительных линий или цепей без возможных резких перепадов напряжения. Отключается с незначительной задержкой в 5-20 секунд при токе номиналом 3-5.
• C. Чаще встречается в современных квартирах для защиты розеточных линий, в которые подключается достаточное количество электрооборудования (стиральные, посудомоечные машины, морозильные камеры, обогреватели, микроволновые печи, ЖК-телевизоры). Отключение происходит на 1-10 секунде при токе кратном 5-10. Такой принцип нужен для стабилизации работы при незначительном перепаде.

• D. Защита оптимальна для линий с трансформаторами или большими пусковыми токами. Автоматические выключатели этого класса нельзя подключать к потребителям, ориентированным на работу с защитой классов C и B. При 10-20 номинальном токе отключается за 1-10 секунд. Наиболее низкая чувствительность к увеличению тока. Иногда принято устанавливать на самом здании с целью подстраховки квартирных автоматов. Если те вдруг не сработают, то произойдет отключение от сети всего здания.

Это самые распространенные типы. Ряд производственных моделей дополнен еще тремя группами: L, K и Z.

Маркировка и характеристики автоматических выключателей.

ВА63 — тип и серия автоматического выключателя

Номинальный ток — максимальный ток электрической сети при котором автоматический выключатель способен длительно работать без аварийного отключения цепи.

Стандартные значения номинальных токов автоматических выключателей: 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 35; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300, Ампер.

Номинальное напряжение — максимальное напряжение сети на которое рассчитан автоматический выключатель.

ПКС — предельная отключающая способность автоматического выключателя. Данная цифра показывает максимальный ток короткого замыкания который способен отключить данный автоматический выключатель сохранив при этом свою работоспособность.

В нашем случае ПКС указан 4500 А (Ампер), это значит что при токе короткого замыкания (к.з.) меньшем, либо равном 4500 А автоматический выключатель способен разомкнуть электрическую и остаться в исправном состоянии, в случае если ток к.з. превысит данную цифру возникает возможность оплавления подвижных контактов автомата и их привариванию друг к другу.

Характеристика срабатывания — определяет диапазон срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя.

Например в нашем случае представлен автомат с характеристикой «C» его диапазон срабатывания от 5·Iн до 10·Iн включительно. (Iн— номинальный ток автомата), т.е. от 5*32=160А до 10*32+320, это значит что наш автомат обеспечит мгновенное отключение цепи уже при токах 160 — 320 А.

Примечание:

• Стандартными характеристиками срабатывания (предусмотренными ГОСТ Р 50345-2010) являются характеристики «B», «C» и «D»;
• Область применения указана в таблице согласно установившейся практике, однако она может быть иной в зависимости от индивидуальных параметров конкретных электрических сетей.

Классификация по конструкции

Существует три вида автоматов защиты сети:

1. Модульный прибор. Актуален для бытовых сетей с протекающими токами небольшой величины. Чаще имеет один или два полюса.
2. Литой. Используются для работы в промышленных сетях. Название получили благодаря литому корпусу.

3. Воздушный электрический. Применяется для сетей, поддерживающих высокомощные установки. Обычно имеет три или четыре полюса.

Таблица выбора защитного автомата по сечению кабеля

Выбор защитного автомата однозначно зависит от сечения кабеля. Если ток автомата выбран больше, чем надо, то возможен перегрев кабеля из-за протекания большого тока. Если же автомат выбран правильно, то при превышении тока он выключится, и кабель не повредится.

Таблица выбора автомата по сечению кабеля

Обратите внимание на способы прокладки кабеля (тип установки). От того, где проложен кабель, ток выбранного защитного автомата может отличаться в 2 раза!

По таблице – имеем исходно сечение кабеля, и под него выбираем защитный автомат. Для нас, как для электриков, наиболее важны первые три столбца таблицы.

Теперь – как выбрать защитный автомат, если известна мощность приборов?

Разделение по номинальной отключающей возможности

По критериям, определяющим значение тока короткого замыкания, при котором выключатель сработает с последующим отключением поступающего потребителю напряжения, выделяют три разновидности:

1. 4.5 кА (4500 А). Чаще применяется для защиты силовых линий частных жилых зданий с сопротивлением 0.05 Ом. Такие модели практически не используются, некоторые страны уже запретили их эксплуатацию.
2. 6 кА (6000 А). Используется для предотвращения коротких замыканий общественных мест и жилых объектов, где сопротивление составляет примерно 0.04 Ом.
3. 10 кА (10000 А). Автоматы предназначены для защиты электрооборудования промышленного назначения.

Для бытового назначения чаще применяется 6000 А.

Вычисление номинального тока

Сечения проводки выбирается по номинальному току, который способна она длительно пропускать не нагреваясь. Его определяют по технической документации, в противном случае производят дополнительные расчеты. Эти расчеты потребуют следующих исходных данных:

• первое – это площадь сечения провода;
• второе, – знать материал провода;
• третье – это определиться со способом прокладки (наружная, скрытая).

После определения сечения провода, воспользовавшись справочной таблицей, определяют электрические характеристики данной электросети.

По рассчитанным значениям определяют рабочие характеристики и номинальные его значения. Эти характеристики должны быть не больше расчетных параметров.

Типы расцепителей

В защиту включают электромагнитный и термический расцепитель. Работа каждого элемента автономна и не зависит от состояния друг друга.

Тепловой расцепитель представляет собой металлическую пластину, назначение которой — реагирование на нагрев. Для включения прибора пластина должна остыть до исходной допустимой температуры.

Принцип действия автоматического выключателя зависит от конкретной ситуации.

Рабочий режим

Электрические автоматы включаются поднятием рычага управления. Механизм взвода и расцепления переключается в активное состояние. Происходит коммутация силовых контактов: ток протекает между ними (от неподвижного к подвижному). После этого движение продолжается через гибкую связь на катушку электромагнитного расцепителя, после — по гибкой связи на тепловой расцепитель. На «питающую» электролинию ток выходит через нижнюю клемму.

Механизм действия при коротком замыкании (КЗ)

Своевременное отключение подачи нагрузки обеспечивается электромагнитным расцепителем. Принцип работы автоматического выключателя при КЗ сводится к следующей схеме: превышающее допустимую норму напряжение, протекая через электромагнитную катушку расцепителя, образует магнитное поле высокой мощности. В результате якорь с подвижным контактом опускается вниз, воздействуя на рычаг спускового механизма, после чего отключается нагрузка.

Таким образом, незамедлительно возникшее магнитное поле провоцирует реакцию на обесточивание сети до возникновения аварийной ситуации.

В ходе возникновения разряда, между контактами образуются продукты горения, а также повышается давление внутри корпуса автомата. Требуется устранение побочных реакций, для чего предусмотрены каналы в коробе автомата.

Перегрузка

Сеть защищается благодаря тепловому расцепителю — биметаллической пластине. При этом ток, поступая через нее, может превышать значение нормы, что ведет к ее перегреву и последующему изгибу. Достигая определенного угла изгиба, пластина воздействует на спусковое устройство, в ходе чего автомат отключается.

Разогрев биметалла требует времени. Продолжительность зависит от степени превышения значения воздействующего тока и может составлять несколько секунд или длиться до часа. Это свойство позволяет не отключать питание при непродолжительных или случайных превышениях тока в сети. Нижняя граница допустимого значения, при котором срабатывает терморасцепитель, устанавливается заводом-изготовителем. На корректную работу теплового элемента способна влиять температура воздуха окружающей среды. Указанные в маркировке технические параметры актуальны для температуры до 30 градусов. В прохладном помещении ток может достигать значения выше допустимого, в жарком — срабатывать при более низком значении.

Термический расцепитель более медлительный, чем магнитный, но имеет преимущество, так как работает более точно, а настроить его проще.

Расчет номинальной мощности автомата

Номинальная мощность автомата – это рабочая мощность, которую пропускает выключатель, без отключения. Расчет ведется по простой формуле:

P = U*I*cos(f), (1)

где – P мощность в Вт, — напряжение электрической сети в В, I — сила тока в А, проходящая через устройство защиты, cos(f) – косинус (f), определяющий отношение активной нагрузки к полной. С помощью формулы (1) определяется сила тока в штатном эксплуатационном режиме. Эта формула применима при однофазной сети. Она же применима и для трехфазной сети, но в ней необходимо учитывать фазовые сдвиги. Значения этих величин приводятся обычно на оборудовании.

Маркировка

Все автоматические выключатели, независимо от производителя и их типа, маркируются по единой схеме, включающей основные параметры:

• название или логотип производителя;
• указание типа, согласно номеру серии изготовителя и каталога;
• величина рабочего напряжения: обозначение переменного тока — волнистая линия, постоянного — прямая, комбинированного — две линии сразу;
• значение рабочего тока (указывается без величины измерения в амперах), перед величиной тока указывается тип времятоковой характеристики;
• рабочая частота (в случае, когда используется только установленная частота);
• коммутационная способность при коротком замыкании (в Амперах);
• степень защиты указывается в виде IP;
• класс ограничения тока указывается в прямоугольнике (значение от 1 до 3);
• обозначение выводов: для соединения с нейтральным проводником — N, для подключения защитной линии — символ заземления.

Сам рычаг содержит обозначение о состоянии: «откл», «вкл» или «1», «0». Тогда как отключение происходит автоматически, включение может проводиться только вручную.

Автоматический выключатель сводит риски, вызываемые коротким замыканием или внезапным отключением света, к минимуму.

Принцип действия

Внешне аппарат имеет термостойкий пластмассовый корпус с рукояткой, ответственной за начало и окончание работы. Имеет в себе фиксатор-защелку сзади и винтовые виды клемм снизу.

Главным в автоматическом выключателе является конструктивный узел, а именно главная контактная система, дугогасительная система, привод с расцепителем и вспомогательным контактом. Контактная система бывает одно-, двух- или трехступенчатая. Дугогасительная система включает в себя камеры, имеющие дугогасительные решетки или узкие щели.

Независимо от исполнения, есть предельный ток действия, который не ломает автомат, поскольку из-за превышения напряжения подгорают или свариваются контакты.

Вам это будет интересно Электросхема квартиры

Выполняется автоматический выключатель с дополнением ручного или двигательного привода. Бывает стационарным или передвижным. Привод нужен, чтобы включатель и автоматически отключать систему. Также в системе присутствует реле, имеющее прямое действие. Это электронный расцепитель, который включает в себя рычаги, защелки, коромысла и отключающие пружины.

Работает аппарат очень просто. Напряжение от сети идет к верхней клемме, которая соединена с неподвижным контактом. От него идет энергия на подвижный контакт. Он уже передает ее к медному проводнику и тепловому расцепителю. В конце ток подается в нижнюю клемму. При аварии, к примеру, при перегрузке или коротком замыкании, отключается защищаемая электроцепь за счет того, что начинает работать электромагнитный расцепитель.

Обратите внимание! Важно отметить, что электромагнитным расцепителем называется элемент с соленоидом, имеющий подвижный стальной сердечник, который удерживает пружина. Во время превышения токового напряжения, в катушке появляется электрополе. Сердечник попадает внутрь катушки и преодолевает пружинное сопротивление. В результате срабатывает расцепление. Без аварии силы электрополя недостаточно для наступления расцепления.

Классификация электрических автоматов

Существуют несколько типовых характеристик отключения автоматов: A, B, C, D, E, K, L, Z

• А
  – для размыкания цепей с большой протяженностью и для защиты электронных устройств.
• B
  — для осветительных сетей.
• С
  — для осветительных сетей и электроустановок с умеренными токами (перегрузочные способности по току вдвое больше, чем у В).
• D
  – для цепей с индуктивной нагрузкой и электромоторов.
• K
  – для индуктивных нагрузок.
• Z
  – для электронных устройств.