Конструкция автоматического выключателя

Методы работы, а также конструктивные особенности подобных устройств зависят от области применения и задачами, возложенными на устройство. Запуск и выключение оборудования может происходить в ручном режиме или посредством электромагнитного и электродвигательного привода.

Ручная схема отключения присутствует в защитных устройствах, которые рассчитаны на силу тока, не превышающую 1000 ампер. Главной особенностью подобной техники является предельная коммутационная способность, которая не связана со скоростью движения рукояти. Это значит, что операция должна быть проведена до конца, чтобы изменения возымели эффект.

Основные функции автоматического выключателя, его базовое устройство и принцип работы

Настоящая публикация безусловно, рассчитана не на профессиональных электриков. Ее целью ставится показать самому обыкновенному человеку возможные причины срабатывания автоматического выключателя и «вооружить» его необходимым запасом знаний для выявления и устранения недостатков. Поэтому нелишним станет для начала вкратце ознакомиться с устройством автомата – так проще будет понять, как он работает, и почему его может выбивать.

Итак, подавляющее большинство современных автоматических выключателей, предназначенных для установки в бытовых сетях, представляют собой компактный прибор модульного исполнения для монтажа на DIN-рейку. Все устройство собрано в пластиковом корпусе характерной прямоугольной формы. На фронтальной стороне автомата расположен рычажок включения, нанесена маркировка с основными эксплуатационными характеристиками прибора. С тыльной стороны имеется специальный паз и фиксатор-защёлка для крепления на рейке.

Автоматические выключатели с разным количеством пар клемм – от одной до четырех. Соответственно, и сами приборы занимают на рейке распределительного шкафа от одного до четырёх модуль-мест.
Автоматические выключатели с разным количеством пар клемм – от одной до четырех. Соответственно, и сами приборы занимают на рейке распределительного шкафа от одного до четырёх модуль-мест.

Сверху и снизу расположены винтовые клеммы для подключения проводов при установке автомата в схему домашней проводки. Количество пар контактов может различаться – от одной до четырёх. Соответственно, и сами выключатели по этому критерию делятся на одно-, двух-,  трех- или четырехполюсные. В бытовой однофазной сети 220 вольт чаще применяются двухполюсный – на общем входе, и однополюсные – на отдельных линиях. Приборы с тремя или четырьмя парами контактов обычно рассчитаны на работу в трёхфазной сети 380 В.

Размеры автомата строго стандартизированы, и в зависимости от количества полюсов он может занимать от одного до четырех модуль-мест на DIN-рейке распределительного щита (шкафа).

Для чего предназначен автоматический выключатель?

  • Одна функция его совершенно очевидна – он может работать в качестве обычного выключателя. То есть при необходимости, в зависимости от места установки в общей схеме, у хозяина имеется возможность отключить или всю домашнюю (квартирную) электрическую сеть, или ее отдельный участок. Это нередко требуется для проведения профилактических, ремонтных, электромонтажных работ. Функция, безусловно, важная, но все же не определяющая суть работы этого прибора.
  • Вторая задача, и уже предохранительного плана – это защита домашней сети (или её определенного участка) от перезагрузки. Увы, немало потребителей электроэнергии совершенно не задумываются над тем, что у любого проводника имеется определенный предел по проводимому им току. И картину, когда к одной розетке через целый «каскад» удлинителей и тройников, включается сразу несколько довольно мощных электрических приборов, можно увидеть довольно часто.
С таким подходом к эксплуатации своей домашней электросети – совсем недалеко до крупной аварии или даже пожара
С таким подходом к эксплуатации своей домашней электросети – совсем недалеко до крупной аварии или даже пожара

Слишком высокий ток в проводке вызывает ее нагрев, что ведет к появлению и возгоранию изоляции, пластиковых корпусов розеток или подключенных приборов. И это – одна из распространенных причин возникновения пожаров.

Автоматический выключатель правильно подобранного номинала призван не допустить такой ситуации. При превышении максимального тока нагрузки в линии, спустя некоторое время, произойдет ее обесточивание.

  • Третья задача – это моментальное размыкание цепи в случае короткого замыкания в сети. Изношенность, недостаточность или ранее произошедшее плавление изоляции, нарушение правил электромонтажа в распределительных щитах и коробках или на розетках, возникшие неполадки в подключённых электроприборах —  все это может привести к тому, что фазный провод замкнется с нулевым без нагрузки.
Последствия коротких замыканий могут быть безо всякого преувеличения катастрофическими.
Последствия коротких замыканий могут быть безо всякого преувеличения катастрофическими.

Опасность короткого замыкания трудно преувеличить. Ток в замкнутой цепи достигает значений в несколько тысяч ампер, чего, естественно, не выдерживает никакая проводка. То есть если мгновенно не прервать цепь, возможны масштабные плавления и возгорания проводки и приборов. И это уже – практически гарантированный пожар с весьма плачевными последствиями.

Как срабатывает автоматический выключатель

Значит, задача автомата – в кратчайший срок, измеряемый миллисекундами, отреагировать на короткое замыкание разрывом цепи, чтобы не допустить масштабной аварии.

Конструкция автоматического выключателя как раз и рассчитана на выполнение всех этих трех задач. Давайте взглянем на его устройство, и на то, как он срабатывает при нештатных ситуациях.

Примерно так устроено подавляющее большинство автоматических выключателей
Примерно так устроено подавляющее большинство автоматических выключателей

Итак, сверху и снизу автоматического выключателя расположены винтовые клеммы (поз. 1) для подключения подводящего и уходящего в сторону нагрузки проводов. На иллюстрации, просто для компактности изображения, прибор показан горизонтально. На деле сторона, находящаяся на рисунке справа, будет смотреть вверх. И чаще всего именно к этой клемме и подключается подводящий провод.

Клемма на входе соединена с неподвижным силовым контактом (поз. 2). В паре с ним работает подвижный силовой контакт (поз. 3). Именно замыкание и размыкание этой пары обеспечивает или коммутацию, или разрыв цепи. То есть на иллюстрации видно, что в данном случае автомат находится в выключенном положении – контакты разомкнуты.

Внутренняя коммутация в выключателе, помимо токонесущих металлических деталей, осуществляется с помощью мощных гибких проводников (поз. 4).

Как срабатывает автоматический выключатель

На лицевой стороне автомата имеется рычажок включения (поз. 5). Чаще всего нижнее его положение соответствует выключению, верхнее – включению прибора.

Рычажок механически связан со специальным механизмом, представляющим собой совокупность рычагов, пружин и стопоров (поз.6). При переводе рычажка в верхнее положение этот механизм обеспечивает смыкание подвижного силового контакта с неподвижным. И находится этот контакт в подпружиненном состоянии, то есть при воздействии на стопор под действием пружины произойдет автоматическое размыкание контактов.

А вот на этот стопор, удерживающий контакты замкнутыми, можно воздействовать тремя разными путями. Во-первых, просто переводом рычажка в нижнее положение, то есть при ручном выключении автомата. А во-вторых, срабатывание на выключение может вызвать любой из двух находящийся внутри расцепителей – тепловой или электромагнитный.

Электромагнитный расцепитель (поз. 7) обеспечивает срабатывание автомата при коротком замыкании. Он представляет собой катушку, витки которой являются частью общей цени прохождения тока через выключатель. Устройство выполнено по принципу соленоида, то есть внутри катушки размещен подпружиненный металлический сердечник, который механически связан с подвижным силовым контактом.

При протекании через катушку тока, нормального для электросети, создаваемый электромагнитный поток недостаточен для преодоления силы пружины и втягивания сердечника. Но если в сети произошло короткое замыкание, то сила проходящего тока мгновенно увеличивается в сотни раз. Соответственно, это сопровождается и мгновенным увеличением магнитного потока, создаваемого катушкой.

Правда, до сотен и тысяч ампер стараются обычно не доводить – срабатывание электромагнитного мгновенного расцепителя обычно рассчитывается на определенное превышение проходящего тока относительно указанного номинала. По этим показателям автоматические выключателя делятся на классы по так называемой времятоковой характеристике, обозначаемые латинскими буквами. В бытовой сети могут применяться следующие классы:

  • В – срабатывание при превышении номинала силы тока в 3÷5 раз;
  • С – в 5÷10 раз;
  • D – в 10÷12 раз.

Время срабатывания в зависимости от размера превышения тока определяется специальными графиками.

Класс автоматического выключателя по времятоковой характеристике обычно указывается буквой, стоящей непосредственно перед показателем номинального тока
Класс автоматического выключателя по времятоковой характеристике обычно указывается буквой, стоящей непосредственно перед показателем номинального тока

Обычно класс В применяется при защите конкретных выделенных линий. Несколько линий могут быть объединены и защищены в щитке уже автоматом класса С. Класс D в большей степени подходит для мощной техники с электродвигателями. В бытовых условиях применяются нечасто.

Такое распределение автоматов по классам и рекомендуемому месту установки, кстати, обеспечивает и нужную селективность. То есть, например, при неполадках на отдельно взятой линии может сработать только ее автомат, а более «старший по ранжиру» останется во включенном положении, обеспечивая нормальную работу остальных участков. Понятно, что это очень существенно упрощает поиск неисправностей в случае частого срабатывания защиты.

Тепловой расцепитель (поз. 8) предназначен для обеспечения срабатывания автоматического выключения при превышении допустимого тока нагрузки. Он представляет собой биметаллическую пластину, которая является участком общей цепи проходящего через автомат тока. Если сила тока – в пределах указанного номинала, пластина неподвижна.

Но когда в цепь включена излишне большая нагрузка, то за счет повышения силы тока начинается резистивный нагрев этой пластины. Из-за биметаллической структуры она при нагреве начинает изгибаться. И в определенный момент стронет с места фиксатор, удерживающий рычажный механизм во включенном положении. И опять же, под действием пружины, произойдёт размыкание неподвижного и подвижного силовых контактов.

Правда, здесь срабатывание происходит не мгновенно, а с определенной задержкой. То есть в том случае, если превышение тока будет отмечаться в течение определенного времени. При сборке автоматических выключателей они проходят калибровку – для этого имеется специальный регулировочный винт (поз. 9). Но после сборки этот винт становится недоступным, и сбить заводскую настройку пользователь не сможет.

Такая задержка необходима хотя бы для того, что при пуске многих приборов отмечаются весьма значительные скачки тока, который затем возвращается к номиналу. Особенно это касается приборов и бытовой техники, оснащенной электроприводами – электроинструмент, холодильники, насосы и другое. И чтобы автомат не реагировал выключением на каждый кратковременный пуск, предусматривается такая возможность.

Короткое замыкание в цепи освещения

Подобные устройства делятся на несколько типов:

  • установочные автоматы – оснащаются пластиковым коробом, благодаря чему данные устройства можно монтировать в жилых помещениях без риска получения повреждений током;
  • универсальные автоматы – не оснащаются защитным корпусом, а потому их можно монтировать только в специальном распределительном оборудовании;
  • быстродействующие автоматы – особенность заключается в том, что время реагирования составляет менее 5 миллисекунд;
  • автоматы замедленного действия – в таких моделях время срабатывания колеблется в диапазоне от 10 до 100 миллисекунд;
  • селективные – подобное оборудование можно настроить на определенное время выключения в области тока короткого замыкания;
  • электрооборудование обратного тока – техника срабатывает исключительно при смене направления тока в определенном участке;
  • поляризованные устройства – обесточивают участок цепи при условии значительного скачка силы тока;
  • неполяризованные – работают так же, как и предыдущие только во всех направлениях тока.

Разные виды автоматических выключателей

Как срабатывает автоматический выключатель

Скорость отключения напрямую зависит от принципа действия устройства. Также скорость отключения зависит от наличия условий для моментального обесточивания определенного участка цепи. Данные условия созданы в электрооборудовании, которые работают по методу токоограничения.

Предлагаем ознакомиться:  Как утеплить деревянную баню изнутри своими руками

В обычном рабочем режиме через автоматический выключатель проходит ток, сила которого должна быть меньшей и равной нормальному значению. Электричество, которое используется для запитки устройства, подается на клемму в верхней части устройства, которая соединена со статичным контактом. С этого контакта ток идет на динамичный контакт, после чего проходит через металлический проводник и попадает на катушку соленоида.

После прохождения через катушку электричество идет по термическому расцепителю, и только после этого ток приходит на клемму в нижней части защитного электрооборудования.

Во время значительного повышения напряжения или риска короткого замыкания защитное электрооборудование отключает сеть. Это происходит с помощью системы автоматического расцепления, которая запускается посредством термического или электромагнитного расцепителя.

Главное назначение автоматических выключателей заключается в обеспечении защиты участка сети во время перегруза или короткого замыкания. Перегруз сети означает, что сила тока в определенном участке перевалила через максимальное значение для данного защитного электрооборудования. Слишком сильный ток проходит по тепловому расцепителю, вызывая его деформацию.

Тепловая защита автомата срабатывает не моментально, поскольку для деформации металлической пластинки необходимо достаточно нагреть ее. Время на отключение напрямую зависит от избыточной силы тока в защищаемом участке и может составлять как несколько секунд, так и час.

Подобная задержка необходима, чтобы автомат не срабатывал постоянно при небольших или непродолжительных скачках силы тока в определенном участке сети. В большинстве своем, такие скачки происходят во время включения электрооборудования с высокими стартовыми токами.

Сила тока, при которой срабатывает термический элемент в защитном электрооборудовании, выставляется посредством регулировочной детали еще на заводе-производителе. Как правило, данное значение должно превышать нормальное число в 1.1 – 1.5 раза.

Также следует знать, что в помещениях с высокой температурой автомат может работать некорректно, поскольку термический элемент может деформироваться быстрее, чем нужно. В свою очередь в помещениях с низкой температурой автомат сработает позже необходимого времени.

Принцип работы устройства во время перегруза цепи

Перегрузка электрической сети возникает в случае подключения большого количества приборов, общая мощность потребления которых, превышает нормальную мощность. Включение нескольких мощных электроприборов скорее всего вызовет срабатывание термического элемента.

Если такое произошло, следует до включения автомата определиться с тем, какие приборы следует отключить, произвести отключение и немного подождать. Это время необходимо, чтобы термический элемент в защитном электрооборудовании остыл и встал в начальное положение.

Устройство автоматических выключателей позволяет защищать электрическую цепь не только от перегруза, но и от коротких замыканий. Во время таких аварийных ситуаций ток повышается настолько, что может расплавиться изоляция проводки. Для предотвращения такой неприятности следует моментально отключить сеть. Эта задача возложена на электромагнитный расцепитель.

Данный элемент состоит из катушки соленоида и стального сердечника, который фиксируется специальной пружиной. Моментальный скачок силы тока в обмотке катушки ведет к пропорциональному повышению магнитной индукции, вследствие чего сердечник плотнее прилегает к пружине. По мере нарастания магнитной индукции стальной сердечник преодолевает воздействие пружины и прижимает выключатель.

После этого моментально размыкаются контакты, и подача электричества в защищаемый участок прекращается. Электромагнитный элемент включается моментально и предотвращает воспламенение изоляции.

Во время отключения контактов при аварийной ситуации между ним возникает так называемая дуга, максимальная температура которой составляет 3000 градусов. Само собой разумеется, что элементы защитного электрооборудования следует защитить от настолько высоких температур. Для этих целей автоматы оснащаются специальными системами гашения дуги. Это устройство внешне похоже на коробку, которая состоит из нескольких пластинок из металла.

Разные дугогасительные камеры

Высокотемпературная дуга появляется в месте отключения контактов. После этого один край дуги движется по динамичному контакту, а другой проходит по статичному элементу, переходит на металлический проводник, а затем доходит до задней грани системы гашения дуги. Попадая на решетку из пластинок, дуга делится на части, теряет температуру и в итоге гаснет. Снизу автоматического выключателя находятся специальные отверстия для вывода образующихся в момент гашения дуги газов.

Если защитное электрооборудование сработало из-за короткого замыкания, то у вас не получится включить электричество, пока вы не обнаружите саму причину возникновения поломки. В большинстве случаев проблема кроется в выходе из строя какого-либо электрооборудования.

Как срабатывает автоматический выключатель

Для повторного запуска устройства следует отсоединить электрооборудование и попытаться запустить выключатель. Если сделать это получилось и оборудование не выбило в ближайшее время, значит, проблема заключается в поломке техники. Останется только опытным путем выяснить, какое именно устройство вышло из строя.

Если вы столкнулись с такой проблемой, как постоянные отключения защитного электрооборудования, то не стоит устанавливать новое устройство с более высоким номинальным значением силы тока – эти действия проблему не разрешат. Данное оборудование монтируется с учетом площади поперечного сечения провода, а значит, слишком высокий ток попросту не сможет возникнуть в проводке. Выяснить причину неисправности и устранить ее помогут соответствующие специалисты, самостоятельные действия крайне рискованны.

Конструктивно, данные устройства можно разделить на несколько видов, а точнее три. Различают воздушный автоматический выключатель, изделие в литом корпусе и модульный. Различные типы автоматических выключателей используются при разных условиях.

Первый вид распространен на промышленных объектах, где сила тока может достигать тысячу и более ампера. Литой корпус используется в различных диапазонах токов, а модульный знаком практически всем и применим в обычной квартире. Именно последние будем рассматривать детальнее.

Наконец, с тыльной стороны автомата расположен фигурный паз для установки на DIN-рейку, и подвижный фиксатор, обеспечивающий надежное крепление на ней (поз. 12).

Как срабатывает автоматический выключатель

Надеемся, с устройством автоматического выключателя у читателя появилась ясность. Можно перейти к рассмотрению причин его частого срабатывания.

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

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

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

На принципе управления токов коротких замыканий работают многочисленные сварочные аппараты, люди успешно пользуются ими. Но, внезапно появляющиеся КЗ наносят огромный вред.

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

Перегрузки тоже являются частой причиной пожаров оборудования.

Возможный пример организации домашней электрической сети с отдельными линиями, каждая из которых имеет индивидуальную защиту.

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

  1. Электромагнитная отсечка.
  2. Тепловой расцепитель.

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

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

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

Предлагаем ознакомиться:  Дымоходные трубы своими руками

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

Выключатель автоматический: как выбрать по науке и жить в безопасности

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

Выбирать модуль выключателя автоматического нужно минимум по 9 характеристикам:

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

Вам придется учесть их действие комплексно.

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

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

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

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

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

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

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

Нормальная работа автомата требует учитывать 4 значения тока:

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

Вот к чему может привести перегрузка розеточной линии, если она не оснащена правильно подобранной защитой

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Эту величину производитель определяет экспериментально и показывает цифрой внутри прямоугольника.

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

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

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

Из практики:

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

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

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

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

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

Максимальное значение тока или его амплитуда достигается при четверти периода или половине полупериода. На графике я показал усредненные временные показатели трех классов токоограничения: 1, 2 и 3.

Класс №1 самый продолжительный, а значит экстремальный. Его время чуть превышает 10 мс. Для наглядности показано как Т/2. На корпусе автомата его просто не обозначают.

Класс №2 занимает промежуточное время по скорости. Такая защита должна отработать за время 6÷10 мс. На графике усреднено как 1/2(Т/2).

Класс №3 самый быстрый и экономный со временем срабатывания 2,5÷6 мс, что я обозначил как 1/3(Т/2).

Классы токоограничения 2 и 3 маркируются на корпусе под прямоугольником ПКС квадратиком с соответствующей цифрой.

Смысл выбора этого параметра заключается в избирательной способности защиты правильно локализовать короткое замыкание или перегруз и оставить в работе исправное оборудование.

Поясняю на простом примере квартирной проводки.

Любая розетка по разным причинам может стать источником короткого замыкания. Аварию может отключить автомат №3 квартирного щитка, №2 —подъездный или №3 — домовой.

Предлагаем ознакомиться:  Зимний бетон без подогрева

Реле приоритета нагрузок помогает безопасно эксплуатировать мощную домашнюю технику, если отсутствует возможность ее одновременного включения в сеть питания.

Однако обесточивать этаж либо подъезд /дом имеет смысл только при отказе выключателя №3, используя эту функцию как резервную. В первуюочередь надежно должны срабатывать квартирные защиты.

Поэтому они настраиваются на более быстрое срабатывание или меньшие уставки тока при наладке. Предусмотреть эту возможность следует вовремя выбора конструкции.

Иногда возникают затруднения с настройкой избирательности на вводном автомате. Для таких случаев можно приобрести специальный селективныйавтоматический выключатель.

Расцепители автоматических выключателей

1. Перегрузка сети. Ее может вызвать включение неисправных электроприемников, или электроприемников, суммарная мощность которых превышает возможности сети. Последнее может быть связано и с неправильной электрической разводкой по квартире, когда на одну группу приходится большое количество штепсельных розеток. Каждая розетка в отдельности вполне может быть и не перегружена, но суммарный их ток может достигать недопустимых для одного автомата значений.

Для защиты от токов перегрузки в автоматических выключателях применяется тепловой расцепитель – биметаллический контакт, состояние которого зависит от температуры, которая, в свою очередь, зависит от протекающего электрического тока. Уставку, то есть, ток срабатывания теплового расцепителя обычно можно регулировать в небольших пределах.

2. Короткое замыкание в сети. Оно может быть вызвано неисправностью электропроводки или выходом из строя какого-либо электроприемника. Для новой электропроводки короткое замыкание может стать результатом ошибки в монтаже, например, при соединении проводов в ответвительной коробке. Физически короткое замыкание – это электрическое соединение фазного и нулевого проводника помимо нагрузки.

Для защиты от сверхтоков короткого замыкания тепловой расцепитель автомата неэффективен: пока нагреется и разорвется биметаллический контакт, провода уже практически наверняка будут повреждены, а электрическая дуга вызовет возгорание. Поэтому в модульных автоматических выключателях всегда применяетсяэлектромагнитный расцепитель, скорость срабатывания которого составляет доли секунды с момента возрастания тока.

Итак, если в вашем квартирном щитке сработал автоматический выключатель, то можно, конечно, включить его вновь. Однако систематическое срабатывание говорит о какой-то проблеме, которую придется решать. 

Расцепитель автоматического выключателя – наиболее значимый компонент АВ. Он отключает электрическую сеть от цепи нагрузки посредством размыкания контактов вводного автомата. Элемент выключателя приводит в действие механизм свободного отключения в случае изменения определенного электрического параметра. Одни АВ срабатывают при превышении заданного значения тока, другие реагируют на пороговый уровень напряжения.

  • расцепители с защитой от сверхтоков и фиксированными заводскими настройками (тепловые компоненты с задержкой времени и электромагнитные мгновенного действия);
  • устройства селективного распознавания перегрузки от короткого замыкания с настройками номинального тока и времени выдержки (полупроводниковые, электронные);
  • компоненты с расширенной функциональностью (независимые, минимального и нулевого напряжения).

Тепловой

Тепловой расцепитель – биметаллическая пластина из 2 спаянных (сваренных или приклепанных) вместе полосок. Материалы для полосок подбираются таким образом, чтобы коэффициент температурного расширения одной отличался от аналогичного параметра другой. При прохождении электричества биметаллическая спайка нагревается сильнее, чем больше сила тока в ней. Если металл нижней полоски при нагревании удлиняется меньше, чем металл верхней, биметаллическая пластина изогнется вниз.

При определенном значении силы тока изгиба пластины достаточно для размыкания контактов автомата. Тепловой расцепитель реагирует на перегрузку ≥30% номинального значения тока, поэтому применяется для защиты от перегрузок. Время срабатывания находится в обратной зависимости от величины проходящего тока. В разных коммуникационных аппаратах оно составляет от секунд до 1–2 часов.

Электромагнитный

Электромагнитный компонент представляют катушку (соленоид) с сердечником, передвигающимся под воздействием электромагнитного поля тока, проходящего в обмотке. Сердечник, преодолевая сопротивление пружины, вызывает срабатывание отключающего цепь элемента.Электромагнитные реле прямого действия распознают короткое замыкание (превышение значения тока в несколько раз от номинального значения) и, в зависимости от чувствительности срабатывания, автоматам присваивается класс А, В, С и D.

Расцепители этого вида срабатывают за доли секунды и относятся к элементам мгновенного действия, используются для защиты от токов КЗ.

Зачастую соединяются тепловой и электромагнитный расцепитель последовательно. Тандем обеспечивает токовую селективность: один элемент отслеживает токи в зоне перегрузки, а другой защищает электрические цепи от сверхтоков КЗ. Такую связку некоторые производители именуют комбинированным расцепителем. В зарубежных каталогах последовательное соединение 2-х устройств называют термомагнитным расцепителем.

Полупроводниковый

Найти неисправный прибор можно методом исключения – поочередным подключением к сети.

Полупроводниковое устройствопостроено на измерительном элементе ИЭ и исполнительном элементе – электромагните с блоком управления. Измерительный элемент собран на трансформаторе тока.

Электромагнит воздействует на механизм свободного расцепления автомата, вызывая размыкание ↔замыкание цепи.Расцепитель срабатывает при протекании в цепи тока, превышающего уставку в перегруза или короткого замыкания. Эта настройка используется как дополнительная защита к основной защите от сверхтока короткого замыкания.

Выставляются требуемые значения  тока и временной задержки переключателями. Они  расположены на лицевой стороне блока управления.

Электронный

Электронный аналог блок-схемой не отличается от полупроводникового расцепителя. Измерительное устройство меряет ток АВ с помощью схемы на трансформаторе.Электронный модуль блока управления сравнивает полученное и заданное значение,  подает управляющее напряжение на электромагнит.

Расширенный набор опций позволяет производить логическую селективность с помощью встроенного в некоторые устройства контроллера.  Электронный расцепитель отличает наличие индикатора силы тока, большой выбор настроек и максимальная точность следования поставленной задаче.

Независимый

Расцепитель независимого типа удаленно управляет коммутацией электрических цепей переменного (AC) и постоянного (DC) тока, представляет обычный расцепитель с опцией дистанционной защиты. Поступающее по управляющей цепи, например с пульта оператора, напряжение подается на соленоид. В обмотке создается магнитное поле, сердечник втягивается и приводит в действие механизм свободного расцепления за время ≤0,04 с. Чтобы вернуть автоматический выключатель в исходное состояние, следует вручную нажать кнопку с надписью «Возврат».

Некоторые АВ оснащаются дополнительно минимальными и нулевыми устройствами расцепления, которые встраиваются непосредственно в автомат или крепятся снаружи корпуса.

  1. Визуальный осмотр выключателя. На корпусе девайса не должно быть механических повреждений: сколов и трещин. Обращать внимание на плотность прилегания частей, качество креплений и зажимов. Сделать несколько пробных манипуляций по «включению ↔выключению» вручную. Во включенном положении аппарат должен со щелчком фиксироваться и затем свободно выключаться.
  2. Прогрузка аппарата. Испытание заключается в определении времени срабатывания расцепителя при подаче электропитания с регулируемой силой тока на специальном стенде. Полученный результат сравнивается с типовой времятоковой характеристикой модели АВ.

Современный рынок электротехнического оборудования предлагает потребителю широкий спектр расцепителей. Этими устройствамикомплектуются аппараты 1-3 фазного переменного AС и постоянного тока DС и напряжением до 1000 В.

Явления, вызываемые сверхтоками

Как срабатывает автоматический выключатель

Протекание экстремальной силы тока вызывает следующие неблагоприятные явления:

  1. Тепловой перегрев повреждает изоляцию проводников и рабочие компоненты, становится причиной возгораний. Развитие этого явления блокируется установкой аппарата защитыпо току с быстродействием ≤ 0,005 с.
  2. Электродинамическая сила деформирует и разрушает токопроводящие компоненты, вызывая поломку коммутационного аппарата. Способом борьбы является подбор комплектующих с повышенной электродинамической стойкостью и правильная компоновка деталей, исключающая взаимное ЭМ-влияние.
  3. Магнитное поле отрицательно влияет на работу измерительных приборов, компьютеров и прочей прецизионной техники. Воздействие поля минимизируется применением экранов из магнито-мягких сплавов (пермаллой, феррит).

Конструктивные особенности

Конструкция автоматических выключателей является сложной – здесь объединено несколько элементов. Для корпуса автомата используются диэлектрические материалы. Передняя панель маркируется в зависимости от технических характеристик. Там обязательно указывается брэнд производителя и номер. Первое, на что обращают внимание – номинальный ток и характеристика времени-тока.

Разобрав пластиковый корпус, можно рассмотреть устройство изделия. Рукоятка используется для включения и выключения тока в цепи. Также, внутри есть биметаллическая пластина, которая играет роль теплового расцепителя. Когда через неё проходит ток высокого значения, пластинка гнется и защищаемая цепь отключается.

Благодаря соленоиду выполняются функции электромагнитного расцепителя. Конструктивно, он представляет собой катушку с сердечником, обмотанным проволокой.

Когда в защищаемой цепи возникает короткое замыкание, катушка наводит магнитные потоки. Они, в свою очередь, перемещают сердечник, который отключает устройство. В современных моделях, этот процесс происходит за доли секунд.

В заключение

В статье мы умышленно обошли стороной моменты, когда срабатывание автомата вызвано повреждением линии в ходе ремонтных работ – это тема отдельного разговора. По той же причине мы не стали касаться ситуации, когда срабатывает дифференциальный автоматический выключатель.

Но напоследок хотелось бы напомнить, что самый популярный способ решения проблемы срабатывающего автомата – замена его на автомат большего номинала – не допустим категорически. Автоматические выключатели – это аппараты, обеспечивающие защиту от пожара и повреждений. Их номинал подбирается именно с целью обеспечения безопасности. Произвольно выбранный автомат не выполнит своих функций и не защитит от опасных режимов работы электрической сети.

Зная особенности автоматического выключателя и его принцип работы, вам будет легче подобрать необходимое устройство для своего дома или квартиры. Достоинства автомата заключается в том, что он грамотно выполняет функции защиты электрической цепи от внештатных ситуаций, вроде короткого замыкания или превышения допустимых значений тока.

Правильно установив и подключив выключатель, вы сможете не беспокоиться о сохранности проводки – об этом позаботиться устройство.