Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Устройство и принцип работы автоматического выключателяУстройство и принцип работы автоматов защиты в электрической цепи

Автоматы защиты в электрических цепях представляют собой устройства, автоматически выключающие электропитание путём размыкания контактов. Контакты размыкаются при коротком замыкании, превышении токовой нагрузки сверх расчётной и при появлении ненормированных токов утечки в сети. Автоматы защиты служат также в качестве выключателя для ручного размыкания сети. В свою очередь, автоматы защиты делятся на следующие группы:

  • модульные плавкие предохранители (разового использования);

Устройство и принцип работы автоматического выключателямодульные плавкие предохранители

  • электромеханические устройства (многоразового использования), реагирующие на токи выше тока срабатывания и на нагрев проводов вследствие превышения номинальных токов нагрузки, пришедшие на смену плавким предохранителям.

Устройство и принцип работы автоматического выключателямодульные автоматические выключатели

  • появившиеся относительно недавно устройства защитного отключения (УЗО), реагирующие на появление тока утечки, которого в нормальной сети быть не должно. Используются для защиты людей, попавших под угрозу поражения электрическим током, а также для защиты от риска возникновения пожара при нарушении изоляции проводов и контактов;

Устройство и принцип работы автоматического выключателяустройство защитного отключения

В последнее время появились также комбинированные приборы, совмещающие автомат защиты и УЗО, так называемые диффавтоматы.

Устройство и принцип работы автоматического выключателядиффавтомат — устройство защиты

В данной статье мы рассмотрим автоматы защиты, особенности их устройства, выбора и монтажа.

Устройство автоматов защиты

  • 1.Современный автомат защиты представляет собой от одной (одна фаза) до четырёх (три фазы с нулевым проводом) пар подпружиненных контактов заключённых в пластмассовый корпус. Контакты в замкнутом состоянии удерживаются с помощью защёлки. Для замыкания контактов служит выведенный наружу рычажок. Нажимая на рычажок, преодолевая сопротивление пружины размыкания, мы замыкаем контакты, и они фиксируются в замкнутом состоянии защёлкой.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

разнополюсные автоматические выключатели

  • 2.Для размыкания контактов достаточно отодвинуть защёлку, и пружина размыкания, прикреплённая к размыкающему контакту (контактам), разомкнёт цепь. Возникающая при размыкании контактов электрическая дуга гасится специальным устройством гашения. Защёлка отодвигается для размыкания, во-первых, соленоидом, включённым в цепь последовательно при определённом

Устройство и принцип работы автоматического выключателякамера автоматического выключателя

значении протекающего через него тока, и, во-вторых, биметаллической пластиной, тоже включённой последовательно, изгибающейся при нагреве и сдвигающей защёлку для размыкания. Можно так же разомкнуть контакты вручную, нажав на кнопку, которая механически связана с защёлкой.Сверху и снизу расположены контакты (клеммы) для соединения с проводами.

Крепится устройство защёлкиванием на так называемой DIN — рейка (DIN – Дойче Индустри Нормен – немецкие стандарты промышленности) DIN – рейка оснащаются входные щитки электросетей, в эти щитки также устанавливаются электросчётчики.

Ставится автомат на DIN-рейку простым защёлкиванием, а для снятия необходимо отвёрткой сдвинуть специальную рамку фиксации.

Устройство и принцип работы автоматического выключателядин-рейка для крепления автоматов защиты

Автомат защиты, защищает электросеть и приборы, подключённые после него. При коротком замыкании сила тока, протекающего через соленоид, многократно увеличивается, соленоид втягивает сердечник, соединённый с защёлкой и цепь размыкается.

Если же токовая нагрузка увеличивается (до срабатывания соленоида) и это вызывает сверхнормативный нагрев проводов, срабатывает биметаллическая пластина. При этом если время срабатывания соленоида составляет около 0,2 сек.

, то время срабатывания биметаллической пластины – около 4 сек.

Устройство и принцип работы автоматического выключателяавтомат защиты

Номинальный ток и ток мгновенного расцепления автомата. Выбор автомата защиты

Основной характеристикой при выборе автомата является номинальный ток, который указывается на маркировке автоматов.

Чтобы понять его смысл, нужно знать, что любая электросеть состоит из так называемых групп, каждая группа образует независимую «петлю», все петли подключены к входным проводам параллельно, то есть независимо.

Это делается, во-первых, для повышения надёжности работы электросети и уменьшения возможности перегрузок, во-вторых, с помощью групп все токовые нагрузки выравниваются и приводятся к некоторым стандартным значениям, что позволяет экономить на проводах – для каждой группы выбирается своё сечение проводов.

Как правило, одну группу составляют приборы освещения, другую – розетки, третью энергопотребляющие электроплиты, стиральные машины и т.д. По каждой группе при проектировании сети электроснабжения определяется номинальный ток, исходя из которого, рассчитывается поперечное сечение проводов.

Нужно заметить, что номинальный ток группы потребителей рассчитывается не простым суммированием мощностей потребителей, а с учётом вероятности одновременного включения нескольких потребителей в сеть. Для этого вводится так называемый коэффициент вероятности, рассчитываемый по специальной методике.

Устройство и принцип работы автоматического выключателясхема подклюючения автоматов защиты

Исходя из расчётных номинальных токов каждой группы потребителей, рассчитывается необходимое сечение проводов, и выбираются автоматы защиты (на каждую группу ставится свой автомат).

Выбираются автоматы таким образом, что по известному номинальному току группы выбирается автомат с ближайшим в большую сторону значением номинального тока.

Например, при номинальном токе группы 15А, выбираем автомат со значением номинального тока 16А.

номинал автоматических выключателей

Нужно понимать, что автомат защиты срабатывает не при небольшом превышении номинального тока, а при токе в сети, в несколько раз превышающем номинальный.

Этот ток называется – ток мгновенного расцепления (в отличие от тока срабатывания биметаллической пластины) автомата защиты. Это второй параметр, который нужно учитывать при выборе автомата.

По величине тока мгновенного расцепления, вернее по его отношению к номинальному току, автоматы делятся на три группы, обозначаемые латинскими буквами В; С; и D. (В Европейском Союзе выпускаются автоматы и класса А.) Что означают эти буквы?

Автоматы класса В рассчитаны на мгновенное расцепление при токе выше 3-х и до 5-ти номинальных токов. Класс С соответственно выше 5-ти и до 10-ти номинальных токов.

Класс D – выше 10-ти и до 20-ти номинальных токов.

классификация автоматических выключателей

Для чего введены эти классы?

Дело в том, что существует такое понятие как пусковой ток нагрузки, который может для некоторых потребителей превышать номинальный рабочий ток в несколько раз.

Например, любые электродвигатели в момент пуска (пока ротор двигателя неподвижен) работают практически в режиме короткого замыкания, то есть нагружают сеть только активным сопротивлением медных обмоток, которое невелико. И лишь когда ротор двигателя набирает обороты, появляется реактивное сопротивление, уменьшающее ток.

Пусковые токи электродвигателей в 4-5 раз превышают номинальные (рабочие токи). (Правда длительность протекания пусковых токов невелика, биметаллическая пластина автомата защиты сработать не успеет).

Если мы для защиты двигателей применим автоматы класса В, то получим при каждом пуске двигателя ложное срабатывание автомата на пусковой ток. И возможно вообще не сможем запустить двигатель. Именно поэтому для защиты двигателей нужно применять автоматы класса D.

защита автомата от пусковых токов — электродвигатель

Класс В – для защиты осветительных сетей, нагревательных приборов, где пусковые токи минимальны или вообще отсутствуют. Соответственно класс С – для приборов со средними пусковыми токами.

средние пусковые токи — лампы освещения

Естественно для выбора автомата защиты нужно учитывать напряжение, тип тока, рабочую среду и т.д., но всё это в особых х не нуждается.

Установка и монтаж автоматов защиты

Сразу отметим, что работы по установке и монтажу автоматов защиты должны проводиться квалифицированным персоналом, прошедшим соответствующее обучение и имеющим допуск на право проведения подобных работ. Это – требование безопасности, изложенное в ПУЭ.

монтаж электрического щита

Установка и монтаж автоматов производятся на основе принципиальной схемы, которая должна быть прикреплена на видном месте внутри входного щитка электропитания. Принципиальная схема конкретной установки разрабатывается на основе типовых схем. Как правило, во входном щитке располагается следующее оборудование:

электрический щит с автоматами защиты

  1. На входе устанавливается выключатель – рубильник, пакетный выключатель или общий автомат защиты (в современных щитках ставятся автоматы защиты). Это делается для того, чтобы можно было проводить электромонтажные работы внутри щитка, просто отключив весь щиток от электропитания.

  2. Далее подключается электросчётчик, который пломбируется для защиты от всякого рода «умельцев» «экономить» электроэнергию.
  3. После счётчика питающие провода разветвляются на группы, и на входе каждой группы ставится свой автомат защиты, а после него – УЗО (устройство защитного отключения).

    УЗО выбираются таким образом, чтобы их номинальный ток превышал номинальный ток автомата защиты. Далее провода выходят из щитка к группам потребителей, к каждой группе своим отдельным кабелем.

Автоматы защиты и УЗО крепятся на DIN-рейке.

Сам монтаж сложностей не представляет, нужно только заметить, что для облегчения монтажа существуют готовые планки перемычек или перемычки – это для подачи, к примеру, на все автоматы фазного напряжения, входной провод подключается к первому автомату, а к остальным – с помощью перемычек.

Также в щитке устанавливаются общие зажимные планки для нулевых проводов и для проводов заземления. Всё это значительно облегчает монтаж.

автоматы защиты для дома и офиса

Принцип работы автоматического выключателя

Автоматический выключатель это контактный коммутационный автомат, используемый для коммутации (т.е. отключения и включения) и защиты нагрузки в виде различных потребителей электрической цепи и проводов от короткого замыкания и перегрузок.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Любой автоматический выключатель выполняет три главные функции:

  1. коммутацию потребителей (позволяет отключать или включать определенный участок электрической цепи);
  2. Защищает от токов перегрузки, отключая цепь, когда в ней начинает идти ток, превышающий максимально разрешенный (например, вследствие включения в линию мощного электропотребителя или группы приборов)
  3. отключает от сети 220 Вольт защищаемое оборудование, когда в ней начинают огромные токи короткого замыкания.

Таким образом, все автоматы выполняют как и функции управления, так и защиты. По типу конструкции производителями изготавливаются три основных вида автоматических выключателей:

Воздушные автоматические выключатели используются на производствах в цепях с огромными протекающими токами от тысяч ампер Автоматические выключатели в литом корпусе — рассчитаны на широкий токовый диапазон от 16 до 1000 Ампер;

Модульные автоматические выключатели, максимально распространенные, в основном применяются в домах, квартирах и офисах (бытовые). Модульными их называют только потому, что их ширина стандартизирована и в зависимости от количества полюсов, кратна 17,5 мм

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Корпус автоматического выключателя сделан из изоляционного не горючего материала. На передней панели имеется брэнд фирмы изготовителя и каталожный номер, показаны сновные характеристики — номинал (в нашем примере I номинальный 16 Ампер, время токовая характеристика С смотри рисунок ниже).

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

На тыловой части автомата имеется специальное крепление под DIN-рейку со специальной защелкой.

DIN-рейкой называют линейку из металла специальной формы, шириной 35 мм, используемую в электрике и электронике для крепления модульных устройств (автоматов, УЗО, блоков питания, реле, магнитных пускателей, клемных колодок, счетчиков и т.п.).

Для крепления на рейку требуется завести корпус автоматического переключателя за верхнюю часть линейки и при этом нажать на нижнюю часть, до щелчка в фиксаторе. Для снятия с линейки понадобится поддеть плоской отверткой снизу фиксатор.

Встречаются модульные устройства с тугими защелками, в этом случае при установке на DIN-рейку необходимо поддевать снизу защелку фиксатора, заводить автомат на рейку и потом отпускать защелку, либо защелкивать ее принудительно, надавливая на нее отверткой.

Корпус автомата не предназначен для разборки и ремонта, состоит из двух платиковых половинок, соединенных четырьмя заклепками. Чтобы его разобрать, нужно высверлить заклепки и снять одну половинку.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

В итоге, на второй половине получаем полный доступ к внутреннему механизму, в конструкцию автомата входят:

Верхняя и нижняя винтовая клемма неподвижный и подвижный контакт гибкий проводник магнитная катушка расцепителя с сердечником; механизм расцепителя управляющая рукоятка биметаллическая пластина теплового расцепителя регулировочный винт теплового расцепителя дугогасительная камера

отверстие для вывода газов

Поднимая пластмассовую управляющую рукоятку вверх, автоматический выключатель включает электрическую цепь, опуская рубильник вниз — ообесточиваем цепь.

Тепловой расцепитель это типовая биметаллическая пластина, которая нагревается при протекании через нее свободных носителей заряда, и если этот поток электронов превышает номинальное значение, пластина изогнется и заставит сработать механизм расцепителя, отключая тем самым автоматический выключатель от питающего напряжения.

Электромагнитный расцепитель это катушка с намотанной проволокой, называемая соленоид, т.к, а внутри ее имеется сердечник с пружиной.

При коротком замыкании в защищаемой части схемы ток в цепи мгновенно нарастает, в соленойде наводится магнитный поток, под воздействием которого перемещается сердечник, и, преодолевая усилие создаваемое пружиной, воздействует на механизм и тем самым, отсоединяет автомат.

В обычном режиме работы , когда рычаг управления взведен, электроток следует через питающий провод, подключенный к верхней клемме, далее он идет на неподвижный контакт, через него на подсоединенный к нему подвижный контакт, затем через гибкий проводник поступает на соленоид, после индуктивности по гибкому проводнику ток протекает через биметаллическую пластину теплового расцепителя, от него на нижнюю винтовую клемму и далее в некоторую схему подключенную к нему.

Перегрузка в автомате возникает тогда, когда эл.ток в защищаемой схеме начинает превышать номинальный ток защитного автомата.

Биметаллическая пластина начинает нагреваться проходящим через нее выше номинального значения электрическим током, тем самым изгибая ее, и, если токовый поток в электрической цепи достаточно быстро не снизится, то пластина будет воздействовать на механизм расцепления, и автоматический выключатель отключается, обесточивая тем самым защищаемую схему.

На нагрев и изгибание биметалла необходим некоторый временной промежуток.

Который зависит от величины идущего через пластину электрического тока, чем он больше, тем меньше время срабатывания — от пары секунд до часа.

Минимальный ток срабатывания теплового расцепителя 1,13-1,45 от номинального тока автоматического выключателя (т.е. тепловой расцепитель начнет срабатывать при превышении номинального токового уровня на 13-45%).

Важный параметр I срабатывания настраивается на заводе регулировочным (юстировочным) винтом. После отстывания пластины, автоматический выключатель готов к дальнейшей работе.

Температура пластины, в первую очередь, зависит от окружающей температуры: если защитное устройство смонтировано в помещении с высокой температурой окружающей среды, то тепловой расцепитель может включиться при токе ниже номинального, а при низких температурах ток срабатывания может быть выше номинального.

Тепловой расцепитель, как уже было отмечено немногим выше, срабатывает не одномоментно, а через определенную выдержку, давая возможность току перегрузки вернуться к своему нормальному уровню. Если токовый уровень не падает, тепловой расцепитель сработает, защищая схему от оплавления и перегрева и даже возможного возгорания.

К перегрузке может приводить подключение к автоматическому выключателю, как неисправных так и мощных приборов, превышающих расчетную мощность электрической цепи.

При КЗ эл.

ток протекающей в схеме возрастает мгновенно, наводимое в катушке магнитное поле почти сразу переместит сердечник соленоида автоматического выключателя, который запустит механизм расцепителя и разорвет силовые контакты защитного автомата (т.е. неподвижный и подвижный контакты). Питающая цепь разорвется, тем самым защищая от возгорания и разрушения, как самого автоматического выключателя, так и проводку с электрооборудованием.

Электромагнитный расцепитель, в данном случае при КЗ, сработает практически за миг (около 0,02с), поэтому проводка не успевает нагреться до температуры плавления изоляции.

Электрическая дуга и эрозия контактов автоматического выключателя

При размыкании контактов, при условии что через автомат протекал ток, возникает электрическая дуга, и чем он больше — тем сильнее дуга. Последняя вызывает эррозию и постепенное разрушение контактов.

Чтобы защитить их от ее негативного воздействия, дуга, генерирующаяся в момент размыкания контактов автоматического выключателя, направляется в дугогасительную камеру, где она дробится на мелкие дуги, а затем они постепенно затухают и полностью исчезает.

При горении дуги образуются газообразные вещества, они отводятся наружу из корпуса через отверстие.

Автоматический выключатель не советуют применять в роли обычного выключателя, особенно при питании мощной нагрузки (Тэн, микроволновка и т.п), т.к это ускорит разрушение его контактов.

Подводя итоги к сказанному

Автоматический выключатель позволяет коммутировать электрическую цепь (переводя управляющий рычажок вверх – схема подключается к цепи; переводя рычаг вниз – устройство отключает питание от нагрузки Автоматический выключатель имеет встроенный тепловой расцепитель, защищающий линию нагрузки от перегрузки, он инерционен и срабатывает через определенный времянной промежуток Автомат имеет встроенный электромагнитный расцепитель, который защищает нагрузки от больших токов при коротком замыкании и срабатывает почти сразу

Устройство имеет дугогасящую камеру, которая защищает силовые контакты от негативного действия электромагнитной дуги.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя Устройство и принцип работы автоматического выключателя Устройство и принцип работы автоматического выключателя Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Многих интересует, для чего нужен автоматический выключатель, а также устройство и принцип действия автоматического выключателя. Сегодня в нашей статье мы постараемся ответить на эти вопросы.

Итак, начнем с первого вопроса. Автоматический выключатель устанавливают для того, чтобы защитить кабели, провода, а также электроприборы от короткого замыкания (к.з.) и перегрузки.

Устройство автоматического выключателя

Модульный автоматический выключатель внешне представлен в виде корпуса и рычага управления, которые выполнены из ПВХ-пластиката пониженной горючести. Также невооруженным взглядом можно определить клеммы (нижняя и верхняя) для подключения кабеля или провода. Внутри же корпуса защитного аппарата размещаются следующие элементы:

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

•    биметаллическая пластина. Данный элемент является тепловым расцепителем и обеспечивает защиту от повышенной нагрузки. Также имеется регулировочный винт, при помощи которого обеспечивается регулировка значения тока, при котором данный расцепитель должен сработать.

Устройство и принцип работы автоматического выключателяПринцип работы автоматического выключателя

Работа автоматического выключателя в различных режимах происходит по такому принципу:

1. Нормальный режим.

Во время взвода рычага управления выключателем приводится в движение механизма взвода и расцепления, тем самым осуществляя коммутацию силовых контактов.

После коммутации ток протекает от питающего провода или кабеля, подключенного к винтовому зажиму, через этот зажим по контактам, сначала по неподвижному, а затем и по подвижному.

Далее ток проходит через гибкую связь, катушку электромагнита, снова через гибкую связь и биметаллическую пластину, и в конце через нижний винтовой зажим к отходящей линии, «питающей» электроприбор.

2. Короткое замыкание.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Однако во время размыкания возможно возникновение дугового разряда между подвижным и неподвижным контактами. Дуга движется в сторону дугогасительной камеры. Попадая на пластины, дуга расщепляется, завлекается внутрь камеры и тухнет. Образовавшиеся  продукты горения вместе с избыточным давлением выходят наружу через специальное отверстие в корпусе автомата.

3. Перегрузка.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

  За защиту от перегрузки отвечает тепловой расцепитель.

Принцип работы данного расцепителя заключается в следующем: когда ток, протекающий через  биметаллическую пластину, становится равным или больше установленного значения,  пластина нагревается и постепенно изгибается. Достигнув определенного угла изгиба, она надавливает своим кончиком на рычажок спускового механизма. Таким образом автомат отключается.

Стоит отметить, что терморасцепитель, в отличие от магнитного, является более медлительным. Для его срабатывания требуется больше времени, но зато он более точный и легче поддается настройке.

Мы рассказали об устройстве и принципе работы автоматического выключателя. Также вы можете посмотреть наше видео, в котором детально показано, как устроен автомат и  принцип его работы.

Принцип работы автоматического выключателя

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.

Как работает автоматический выключатель?

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.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

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. В нормальном режиме работы в катушке также наводится магнитное поле, но его силы недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины и втянуть сердечник.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Как работает автомат в режиме перегрузки

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.

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

Как работает автомат в режиме короткого замыкания

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.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

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.

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.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

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.

Конструкция и принцип работы автоматических выключателей

Автоматические выключатели, или как говорят в простонароде «Автоматы» представляют собой контактные электромеханические системы, используемые для подключения и отключения электрических цепей к электрофицированному оборудованию.

Также эти устройства могут использоваться в качестве эффективной защиты электропроводки и оборудования от перенапряжения и коротких замыканий.

В качестве дополнительных функций автоматы могут применяться для оперативного нечастого включения/отключения нагрузок.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Конструкция автоматических выключателей

Функциональные возможности автоматических выключателей

Выключатели-автоматы призваны выполнять две основные функции – защитную и управляющую. Их можно разделить на следующие функциональные предназначения автоматов:

  • коммутация электроцепей – обеспечивается процесс включения и отключения отдельных участков электрических цепей;
  • защита электроцепей от перегрузок – выполняется отключение цепи, когда значение тока, протекающего в ней, превышает установленный порог (такое может случиться, когда в линию подключают мощный прибор);
  • защита от коротких замыканий – происходит отключение защищаемой сети от питающей при появлении токов больших значений вследствие короткого замыкания проводников токопроводящей линии.

Варианты исполнений автоматических выключателей

Учитывая особенности конструкций выключателей их можно разделить на три группы:

  • воздушные;
  • модульные;
  • в литом корпусе.

Воздушные автоматы

Этот тип устройств используется на промышленных предприятиях для коммутации электроцепей с большими токами, значение которых может превышать тысячи ампер.

Модульные выключатели

Эти автоматы наиболее используемые устройства, которые устанавливаются как в бытовых электрических цепях, так и промышленных.

Выключатели в литом корпусе

Предложенный вариант коммутационных устройств предназначен для работы с токами, имеющими широкий диапазон значений рабочих токов.

Читайте более подробно: Классификация автоматических выключателей

Конструкционные особенности автоматических выключателей

К основным элементам конструкции выключателей-автоматов относятся

  • корпус;
  • управляющий рычаг;
  • винтовое крепление для проводников;
  • система подвижных и неподвижных контактов;
  • тепловой расцепитель в виде биметаллической пластины;
  • катушка-соленоид расцепления контактов;
  • дугогасительные камеры;
  • механизм расцепления;
  • фиксирующее устройство для крепления на DIN-рейке.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Корпуса автоматических выключателей производят из токонепроводящего ударопрочного пластика. По конструкции корпус может состоять из двух пластин, которые надежно скреплены и защищают рабочие элементы устройства. На переднюю панель выключателя выводится управляющий рычаг, при помощи которого осуществляется включение/отключение автомата.

На задней панели устройств имеются специальные приспособления для фиксации автомата на монтажнойDIN-рейке. DIN-рейка является специальной пластиной, используемой для надежной фиксации модульных устройств.

К основным исполнительным узлам автоматических систем выключения относятся тепловой и электромагнитный расцепителb.

Тепловой расцепитель – это термозависимая биметаллическая пластина, которая может нагреваться при прохождении через нее тока. Если величина тока превышает установленное граничное значение, вследствие сильного разогрева происходит изгиб пластины, что задействует расцепляющий механизм, отключающий подачу напряжения на защищаемую цепь.

Расцепитель электромагнитного типа является катушкой-соленоидом, внутри которой размещен подпружиненный сердечник. При возникновении коротких замыканий происходит нарастание тока в катушке, что в свою очередь приводит к генерации магнитного поля, под действием которого металлический сердечник, преодолевая противодействие пружины, втягивается и воздействует на механизм отключения.

Режимы работы автоматического выключателя

Автоматы могут работать в трех режимах:

  • обычный;
  • перегрузка;
  • короткое замыкание.

Обычный (неаварийный) режим

В таком режиме, когда управляющий рычаг находится в положении «Включено» ток подается к автомату и через систему неподвижных и подвижных контактов и электрические элементов автомата проходит к подключаемой сети с оборудованием.

Режим перенагрузки

Когда величина тока в контролируемой электроцепи превышает установленное граничное значение срабатывает система теплового расцепителя. Под действием нагревания током биметаллическая пластина изгибается и действует на механизм, который обеспечивает размыкание токоподачи к защищаемой цепи.

Режим короткого замыкания

При коротких замыканиях происходит мгновенное повышение силы тока, которое приводит к резкому возрастанию магнитного потока, который приводит к втягиванию сердечника в катушку, что приводит к задействованию механизма расцепления контактов.

Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы

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 http://elektrik-sam.info, будем рассматривать именно модульные автоматические выключатели и устройства защитного отключения.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

Рассматривая конструкцию УЗО, я говорил, что для исследования от заказчика достались также и автоматические выключатели, конструкцию которых мы сейчас рассмотрим.

Корпус автоматического выключателя изготавливается из диэлектрического материала. На передней панели нанесена торговая марка (брэнд) производителя, каталожный номер. Основные характеристики — номинал (в нашем случае номинальный ток 16 Ампер) и время токовая характеристика (у нашего образца С).

Также на передней поверхности указываются и другие параметры автоматического выключателя, о которых речь пойдет в отдельной статье. 

На задней части имеется специальное крепление для монтажа на DIN-рейку и крепления на ней с помощью специальной защелки.

DIN-рейка —  это металлическая рейка специальной формы, шириной 35 мм, предназначенная для крепления модульных устройств (автоматов, УЗО, различных реле, пускателей, клеммников и т.д.

; выпускаются счетчики электроэнергии специально для установки на DIN-рейку). Для монтажа на рейку необходимо завести корпус автомата за верхнюю часть DIN-рейки и нажать на нижнюю часть автомата, чтобы фиксатор защелкнулся.

Для снятия с DIN-рейки необходимо поддеть снизу фиксатор защелки и снять автомат.

Встречаются модульные устройства с тугими защелками, в этом случае при установке на DIN-рейку необходимо поддевать снизу защелку фиксатора, заводить автомат на рейку и потом отпускать защелку, либо защелкивать ее принудительно, надавливая на нее отверткой.

Корпус автоматического выключателя состоит из двух половинок, соединенных четырьмя заклепками. Чтобы разобрать корпус, необходимо высверлить заклепки и снять одну из половинок корпуса.

В результате получаем доступ к внутреннему механизму автоматического выключателя.

Итак, в конструкцию автоматического выключателя входят:

  1. 1 — верхняя винтовая клемма;
  2. 2 — нижняя винтовая клемма;
  3. 3 — неподвижный контакт;
  4. 4 — подвижный контакт;
  5. 5 — гибкий проводник;
  6. 6 — катушка электромагнитного расцепителя;
  7. 7 — сердечник электромагнитного расцепителя;
  8. 8 — механизм расцепителя;
  9. 9 — рукоятка управления;
  10. 10 — гибкий проводник;
  11. 11 — биметаллическая пластина теплового расцепителя;
  12. 12 — регулировочный винт теплового расцепителя;
  13. 13 — дугогасительная камера;
  14. 14 — отверстие для отвода газов;
  15. 15 — защелка фиксатора.
  16. Поднимая рукоятку управления вверх, автоматический выключатель подключается к защищаемой цепи, опустив рукоятку вниз — отключатся от нее .
  17. Тепловой расцепитель, представляет собой биметаллическую пластину, которая нагревается проходящим через нее током, и если ток превышает заданное значение, пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепителя, отключая таким образом автоматический выключатель от защищаемой цепи.

Электромагнитный расцепитель — этосоленоид, т.е. катушка с намотанной проволокой, а внутри сердечник с пружиной.

При возникновении короткого замыкания ток в цепи очень быстро нарастает, в обмотке катушки электромагнитного расцепителя наводится магнитный поток, под воздействием наведенного магнитного потока перемещается сердечник, и, преодолевая усилие пружины, воздействует на механизм и отключает автомат.

  • Как работает автоматический выключатель?
  • В обычном (неаварийном) режиме работы автоматического выключателя, когда рычаг управления взведен, электрический ток подается к автомату через питающий провод, подключенный к верхней клемме, далее ток проходит на неподвижный контакт, через него на подключенный к нему подвижный контакт, далее через гибкий проводник подается на катушку соленоида, после катушки по гибкому проводнику на биметаллическую пластину теплового расцепителя, от него на нижнюю винтовую клемму и далее в цепь подключенной нагрузки.
  • На рисунке показан автомат во включенном состоянии: рычаг управления поднят вверх, подвижный и неподвижный соединены.

Перегрузка возникает, когда ток в  цепи, контролируемой автоматическим выключателем, начинает превышать номинальный ток автомата.

Биметаллическая пластина теплового расцепителя начинает нагреваться проходящим через нее повышенным электрическим током, изгибается, и, если ток в цепи не уменьшается, пластина воздействует на механизм расцепления, и автоматический выключатель отключается, размыкая защищаемую цепь.

Для нагрева и изгибания биметаллической пластины требуется некоторое время.

Время срабатывания зависит от величины проходящего через пластину тока, чем больше ток, тем меньше время срабатывания и может быть от нескольких секунд до часа.

Минимальный ток срабатывания теплового расцепителя составляет 1,13-1,45 от номинального тока автомата (т.е. тепловой расцепитель начинает срабатывать при превышении номинального тока на 13-45%).

Автоматический выключатель — это устройство аналоговое, этим объясняется такой разброс параметров. Существуют технические сложности при его точной настройке. Ток срабатывания теплового расцепителя устанавливается на заводе регулировочным винтом 12. После того, как остынет биметаллическая пластина, автоматический выключатель готов к дальнейшему использованию.

Температура биметаллической пластины зависит от температуры окружающей среды: если автоматический выключатель установлен в помещении с высокой температурой воздуха, то тепловой расцепитель может сработать при меньшем токе, соответственно при низких температурах ток срабатывания теплового расцепителя может быть выше допустимого. Подробно этот вопрос смотрите в статье Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?

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.

  1. Итак, давайте резюмируем:
  2. — автоматический выключатель позволяет коммутировать цепь (переводя рычаг управления вверх – автомат подключается к цепи; переводя рычаг вниз – автомат отключает питающую линию от цепи нагрузки);
  3. — имеет встроенный тепловой расцепитель, который защищает линию нагрузки от токов перегрузки, он инерционен и срабатывает через некоторое время;
  4. — имеет встроенный электромагнитный расцепитель, защищающий линию нагрузки от больших токов короткого замыкания и срабатывает почти мгновенно;
  5. — содержит дугогасящую камеру, которая защищает силовые контакты от разрушительного действия электромагнитной дуги.
  6. Конструкцию, назначение и принцип действия мы разобрали.
  7. В следующей статье мы рассмотрим основные характеристики автоматического выключателя, которые необходимо знать при его выборе.
  8. Смотрите Конструкция и принцип работы автоматического выключателя в видеоформате:

Полезные статьи по теме:

  • Автоматические выключатели УЗО дифавтоматы — руководство.
  • Как выбирать автоматические выключатели, УЗО, дифавтоматы?
  • Номиналы групповых автоматов превышают номинал вводного?
  • Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?
  • Менять ли автоматический выключатель, если его «выбивает»?
  • Конструкция (устройство) УЗО.
  • Устройство УЗО и принцип действия.
  • Работа УЗО при обрыве нуля.
  • Как проверить тип УЗО?
  • Почему УЗО выбирают на ступень выше?

Добавить комментарий

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

Adblock
detector