Принцип работы автоматического выключателя. Назначение автоматических выключателей Назначение конструкция и принцип действия расцепителей

Невозможно обойтись без защитных аппаратов. В любом распределительном щите обязательно устанавливают вводной автомат и несколько дополнительных на освещение, розетки и другие группы проводов. Далее мы рассмотрим устройство, назначение и принцип действия автоматического выключателя.

Назначение

Прежде всего, разберемся с тем, что такое автоматический выключатель (АВ). Автомат представляет собой защитный аппарат, отключающий электроэнергию на определенном участке проводки по следующим причинам:

• перегрузка сети;
• скачки напряжения.

Помимо этого данное устройство может использоваться для того, чтобы «снять» напряжение на определенном участке электропроводки путем оперативного отключения (мероприятие проводиться крайне редко). Простыми словами, назначение автоматического выключателя заключается в защите электроприборов при выходе проводки из строя.

Что касается области применения автоматов, она возможна как в бытовых условиях (защита домов и квартир), так и на промышленных предприятиях. Автоматические выключатели применяются во всех сферах электроэнергетики.

К вашему вниманию видео урок, в котором находиться полное объяснение того, что такое автоматический выключатель и какой у него принцип действия:

Обзор существующих изделий

Конструкция

На сегодняшний день существует множество различных изделий для отключения тока в сети. Каждый из аппаратов имеет свою специфическую конструкцию, поэтому в данной статье мы рассмотрим пример с модульным автоматом.

Итак, устройство автоматического выключателя состоит из четырех основных частей:

• Система контактов (подвижный и неподвижный). Подвижный контакт соединен с рычагом управления, а неподвижный установлен в самом корпусе. Отключение электроэнергии происходит путем выталкивания подвижного контакта пружиной, после чего размыкается сеть.
• Тепловой (электромагнитный) расцепитель. Элемент, с помощью которого и размыкаются контакты. Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, которая изгибаясь, размыкает контакты. Изгибание происходит вследствие нагревания током (если его значение превышает номинальное). Такое расцепление происходит при повышенных нагрузках на линию электропередач. Действие магнитного расцепителя является мгновенным, вследствие возникновения короткого замыкания. Сверхток провоцирует движение сердечника соленоида, который приводит в действие механизм расцепления контактов.
• Система дугогашения. Данная часть автомата представлена двумя пластинами из металла, которые нейтрализуют электрическую дугу. Последняя возникает тогда, когда осуществляется разрыв цепи.
• Механизм управления. Для ручного отключения используется специальный механический рычаг либо кнопка (в других типах АВ).

Также предоставляем к Вашему вниманию более подробную конструкцию автоматического выключателя:

В данном видео примере наглядно предоставлена конструкция и принцип действия автомата:

Подробный принцип действия

Технические характеристики

Любой автоматический выключатель имеет свои индивидуальные характеристики, по которым мы и осуществляем выбор подходящей модели.

Основными техническими характеристиками автоматического выключателя являются:

• Номинальное напряжение (Uн). Данная величина устанавливается производителем и указывается на передней панели аппарата.
• Номинальный ток (Iн). Также устанавливается заводом и представляет собой максимальное значение тока, при котором защита не будет срабатывать.
• Номинальный рабочий ток расцепителя (Ipн). При увеличении тока в сети до значений 1,05*Iрн либо 1,2*Iрн некоторое время срабатывание не будет происходить. Данная величина обязательно должна быть ниже номинального тока.
• Время срабатывания при коротком замыкании (КЗ). При возникновении КЗ автомат выключается после определенного времени прохождения данного тока через аппарат (время срабатывания). Также устанавливается заводом изготовителем.
• Предельная коммутационная способность автоматического выключателя. Значение проходящих токов короткого замыкания, при которых устройство еще может нормально функционировать.
• Уставка по току срабатывания. При превышении данного значения аппарат моментально срабатывает и разъединяет цепь. Тут изделия делятся на 3 типа: B, C, D. Первый тип используется при монтаже длинной линии электропередач, диапазон срабатывания 3-5 номинальный рабочих токов расцепителя (Iрн). Устройство типа С работает в диапазоне 5-10 значений и используется в осветительных цепях. Тип D применяют для защиты трансформаторов и электродвигателей. Его диапазон работы составляет от 10 до 20 Iрн.

Общая классификация

Также хотелось бы предоставить Вам наиболее обобщенную классификацию автоматических выключателей для дома. На сегодняшний день изделия принято разделять по следующим признакам:

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

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

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

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

Т.е. автоматический выключатель выполняет три основный функции:

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

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

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

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

По конструктивному исполнению выпускаются три основных типа автоматических выключателей:

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

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

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

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

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

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

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

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

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

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

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

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

Итак, давайте резюмируем:

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

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

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

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

Конструкцию, назначение и принцип действия мы разобрали.

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

Смотрите Конструкция и принцип работы автоматического выключателя в видеоформате:

Полезные статьи

АВ – это коммутационныйэлектрический аппарат, предназначенныйдля проведения тока цепи в нормальныхрежимах и для автоматического отключенияэлектроустановок при перегрузках итоках КЗ, чрезмерных понижениях напряженияи других аварийных режимах. Возможноиспользование аппаратов для нечастых(6-30 раз в сутки) оперативных включенийи отключений цепей. Применение ихвозможно в сетях до 1 кВ.

АВ изготовляютодно-, двух-, трех- и четырехполюсными.Для выполнения защитных функций АВснабжаются либо тепловыми (защита оттоков перегрузки), либо электромагнитными(защита от токов КЗ), либо комбинированными(тепловыми и электромагнитными)расцепителями. Действие тепловыхрасцепителей автоматов основано наиспользовании нагрева биметаллическойпластины, изготовленной из спая двухметаллов с различными коэффициентамитеплового расширения. В расцепителепри токе, превышающем расчетный, накоторый он выбран, одна из пластин принагреве удлиняется больше и вследствиебольшего ее удлинения воздействует наотключающий пружинный механизм. Врезультате чего коммутирующее устройствоавтомата размыкается. Данный расцепительобладает большой тепловой инерцией,из-за чего не может защищать питающуюлинию или асинхронный двигатель оттоков КЗ. Т.е. продолжительность токовКЗ значительно меньше времени срабатываниятеплового расцепителя.

Электромагнитныйрасцепитель представляет собойэлектромагнит, который воздействуетна отключающий пружинный механизм. Еслиток в катушке превышает определенное,заранее установленное значение (токсрабатывания), то электромагнитныйрасцепитель отключает линию мгновенно.Настройку расцепителя на заданный токсрабатывания называют уставкой тока.Уставку тока электромагнитногорасцепителя на мгновенное срабатываниеназывают отсечкой. В зависимости отналичия механизмов, регулирующих времясрабатывания расцепителей, АВ разделяютсяна неселективные с временем срабатывания0,02…0,1 с, селективные с регулируемойвыдержкой времени и токоограничивающиес временем срабатывания не более 0,005 с.

АВ изготавливаютс ручным, электромагнитным и двигательнымприводом, в стационарном или выдвижномисполнении.

Контактная системаАВ на большие токи – двухступенчатая,состоит из главных и дугогасительныхконтактов. Главные контакты должныиметь малое переходное сопротивление,т.к. по ним проходит основной ток.

Общее устройствоАВ:

1 – пластмассовыйкорпус с крышкой или без; 2 – главныеконтакты (подвижные и неподвижные); 3 –дугогасительные камеры (2 фибровых щекии ряд медных пластин); 4 – механизмсвободного расцепления; 5 – расцепители;6 – привод; 7 – отключающая пружина; 8 –вспомогательные контакты.

14. Назначение, общее устройство, принцип действия и типы предохранителей на напряжение до 1 кВ

Предохранитель -это коммутационный электрическийаппарат, предназначенный для отключениязащищаемой цепи разрушением специальнопредусмотренных для этого токоведущихчастей под действием тока, превышающегоопределенное значение.

В большинствепредохранителей отключение цепипроисходит за счет расплавления плавкойвставки, которая нагревается протекающимчерез нее током защищаемой цепи. Чембольше протекаемый ток, тем меньше времярасплавления плавкой вставки. Этазависимость называется защитнойхарактеристикой предохранителя. Дляуменьшения времени срабатыванияпредохранителя, применяются плавкиевставки из различного материала (цинк,медь, алюминий, свинец и серебро),специальной формы, а также используетсяметаллургический эффект.

При токах КЗ узкиеучастки плавления вследствие слабогоотвода от них теплоты по сравнению свременем нагревания, перегорают прежде,чем ток КЗ достигнет своего установившегося(в цепях постоянного тока) или ударного(в цепях переменного тока) значения.Т.е. предохранители обладаюттокоограничивающим действием, прикотором ток КЗ ограничивается до значенияi ОГР(в 2-5 раз).

Основные элементыпредохранителя: корпус, плавка вставка(плавкий элемент), контактная часть,дугогасительное устройство идугогасительная среда.

Предохранителиизготовляют на напряжение 36, 220, 380, 660 Впеременного тока, и 24, 110, 220, 440 В постоянного.В один и тот же корпус предохранителямогут быть вставлены плавкие элементы на различные номинальные токи.

Плавкие вставкипредохранителей выдерживают токи,превышающие на 30-50% их номинальные токив течение одного часта и более. Припревышении в 60-100%, они плавятся за времяменее одного часа.

Типы предохранителей:

Насыпные типаПН-2. Служат для защиты силовых цепей до500 В переменного и 440 В постоянного тока.Выполняются на номинальные токи 100-600А. Представляет из себя прямоугольнуюфарфоровую трубку, внутри засыпаннуюсухим кварцевым песком. Плавкая вставкаприварена к шайбам врубных контактныхножей. Крышки с асбестовыми прокладкамигерметически закрывают трубку. Плавкаявставка – медные ленточки с вырезамии капельками олова посередине.

ПредохранителиНПН подобны ПН, но имеют неразборныйстеклянный патрон без контактных ножейи рассчитываются на токи до 63 А. Плавкойвставкой служит медная проволока скаплей олова.

Предохранителитипа ПР-2, которые изготовляют до 1000 А иявляются разборными. В составе имеетсяфибровый патрон, а температурноевоздействие на него вызывает интенсивноегашение дуги газовыми выделениямиматериала патрона. Плавкая вставка –цинковая пластина с сужениями.

Предохранителисерии ПП-31 с алюминиевыми вставками наноминальные токи 63-1000 А разработанывзамен предохранителей серии ПН-2.

Цепи электропроводки в промышленных и бытовых помещениях обязательно включают в свой состав не один . Этот элемент обеспечивает безопасную эксплуатацию не только электросетей, но и зданий, сооружений в целом.

Устройство защитного отключения — автоматический выключатель

Необходимость

В случае короткого замыкания или превышения допустимых токовых нагрузок он автоматически размыкает цепь. Отключение нагрузки предотвращает возгорание изоляции кабелей и распространение пожара, выхода из строя дорогостоящего оборудования, травмирования людей.

Существует много типов автоматических выключателей, они отличаются по мощности тепловых и токовых нагрузок, по габаритам, конструктивному исполнению и другим признакам. На бытовом уровне большинство используемых типов автоматических выключателей имеют общие принципы срабатывания и одинаковый набор составных элементов.

Даже формы корпусов, отверстия и отдельные элементы крепления приведены к общему стандарту. Любой тип низковольтного автоматического выключателя, который используется в административных зданиях, квартирах, частных домах, легко устанавливается на стандартные элементы крепления распределительных щитов. Рассмотрим часто применяемый в быту тип модульного автоматического выключателя марки ДЕК серия ВА.

Панель выключателя АВ

Конструктивные особенности

Автоматический выключатель типа ВА построен на модульной основе, это позволяет использовать его в однофазной и трехфазной, одно- и многополюсной сетях. Для защиты однофазной сети нужен однополюсный автоматический выключатель: один модуль, чего вполне достаточно.

Электроустановки, работающие от трехфазной сети, защищаются трехполюсными автоматами защиты от трех модулей, по одному на каждую фазу. В этом случае автоматические выключатели собираются в единый блок.

Для синхронного срабатывания всей группы автоматов при превышении допустимого порога тока на одной из фаз рычаги управления фиксируются общей планкой. Для синхронного срабатывания рычаги управления также могут фиксироваться общей пластиковой планкой.

Стандартные отверстия дают возможность установить на автоматический выключатель дополнительные устройства промышленного типа: отдельные расцепители, сигнальные контакты и другие. Устанавливаемые элементы часто используются на производственных объектах для дистанционного контроля за срабатыванием и управлением работой электроустановок.

Пластиковые корпуса типовых модулей неразборные, они имеют стандартизированные размеры. Сверху и снизу расположены клеммы для проводов с винтовым устройством зажима.

В верхней части корпуса 2 отверстия:

1. для отвода скопившихся газов от нагрева;
2. для доступа к винту регулировки порога срабатывания, биметаллического элемента тепловой защиты.

Корпус автомата: вид сверху

С тыльной стороны корпуса предусмотрены пазы и зажимные элементы, позволяющие одевать и фиксировать автоматический выключатель на стандартную DIN-рейку в распределительных щитах. Такая конструкция позволяет передвигать переключатели вдоль рейки, не отключая от цепи, разделять группы, она удобна при сборке, монтажных и ремонтных работах.

Автоматический выключатель на ДИН-рейке

Как работает автомат

На примере одного модуля типа АВ рассмотрим, как работает автоматический выключатель и отдельные его элементы. Автоматическое управление срабатыванием на выключение осуществляется двумя параметрами: силой тока, проходящего через контакты выключателя, и температурой нагрева.

Для контроля значений этих параметров автоматический выключатель имеет два элемента:

• обмотка электромагнитной катушки со стальным сердечником рассчитана на определенную силу тока;
• биметаллические пластины откалиброваны, загибаются пропорционально величине проходящего через них тока, при превышении номинального значения оказывают механическое воздействие на расцепитель, который осуществляет контроль температурного режима.

Устройство автомата в разрезе

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.