Конструкция и принцип работы автомата
Выпускаются следующие типы автоматических выключателей:
- воздушные автоматические выключатели;
- автоматические выключатели в литом корпусе;
- модульные автоматические выключатели.
Для применения изделия необходимо знать, как устроен автомат. Автоматический выключатель состоит из корпуса, изготовленного из диэлектрического материала. Передняя панель прибора служит для маркировки. Задняя часть устройства имеет для монтажа дин-рейки. На дин-рейку крепятся приборы с помощью защелки. Это позволяет быстро монтировать и демонтировать прибор при монтажных работах.
Сам прибор представляет собой модульную, не разборную конструкцию, без дополнительного вмешательства – то есть его можно разобрать, но предварительно удалив четыре заклепки, которыми соединяются две половинки корпуса. Автоматический выключатель состоит из:
- нижней и верхней клемм под винт;
- подвижного и неподвижного контакта;
- механизма электромагнитного расцепителя с катушкой и сердечником;
- рукояткой включения-отключения;
- теплового расцепителя с биметаллической пластиной, снабженного регулировочным винтом;
- защелки фиксатора крепления.
Принцип работы изделия заключается в следующем. Включается и выключается прибор вручную с помощью рукоятки. Тепловой расцепитель служит для защиты от незначительных, но длительных перегрузок, при больших значениях происходит нагрев биметаллической пластины, деформация ее – затем отключение цепи. Этот расцепитель имеет регулировку выключения.
Принцип действия автоматического выключателя
Теперь разберемся, как работает автомат защиты сети. Подключение его осуществляется подъемом вверх рукоятки управления. Чтобы отключить АВ от сети, рычаг опускают вниз.
Когда автомат защитный электрический функционирует в обычном режиме, то электрический ток при поднятой вверх рукоятке управления поступает к аппарату через подсоединенный к верхней клемме кабель питания. Поток электронов идет к неподвижному контакту, а от него – к подвижному.
Затем по гибкому проводнику ток поступает на соленоид электромагнитного расцепителя. С него по второму гибкому проводнику электричество идет к биметаллической пластине, входящей в тепловой расцепитель. Пройдя по пластине, поток электронов через нижнюю клемму уходит в подключенную сеть.
Особенности работы теплового расцепителя
При превышении током цепи, в которой установлен автомат защиты, номинала устройства возникает перегрузка. Поток электронов высокой мощности, проходя через биметаллическую пластину, оказывает на нее термическое воздействие, делая более мягкой и заставляя выгнуться в сторону отключающего элемента. При вступлении последнего в контакт с пластиной происходит срабатывание автомата, и подача тока в цепь прекращается. Таким образом, тепловая защита позволяет не допустить чрезмерного нагревания проводника, которое может привести к расплавлению изоляционного слоя и выходу проводки из строя.
Нагревание биметаллической пластины до такой степени, чтобы она изогнулась и вызвала срабатывание АВ, происходит в течение определенного времени. Оно зависит от того, насколько величина тока превышает номинал автомата, и может занять как несколько секунд, так и час.
Срабатывание теплового расцепителя происходит в случае превышения током цепи номинала автомата как минимум на 13%. После остывания биметаллической пластины и нормализации величины текущего тока защитное устройство можно будет снова включить.
Если воздух в помещении, где установлен аппарат, имеет высокую температуру, то пластина нагреется до отключающего предела быстрее, чем обычно, и может сработать даже при незначительном возрастании тока. И наоборот, если в доме холодно, нагревание пластинки будет происходить медленнее, и время до отключения цепи увеличится.
Срабатывание теплового расцепителя, как было сказано, требует определенного времени, в течение которого ток цепи может прийти в норму. Тогда перегрузка исчезнет, и отключения устройства не произойдет. Если же величина электротока не снижается, автомат обесточивает цепь, предотвращая оплавление изоляционного слоя и не допуская возгорания кабеля.
Причиной перегрузки чаще всего становится включение в цепь устройств, суммарная мощность которых превышает расчетную для конкретно взятой линии.
Нюансы электромагнитной защиты
Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты сети от короткого замыкания и по принципу работы отличается от теплового. Под действием сверхтоков КЗ в соленоиде возникает мощное магнитное поле. Оно сдвигает в сторону сердечник катушки, который размыкает силовые контакты защитного устройства, воздействуя на механизм расцепителя. Питание линии прекращается, благодаря чему исчезает опасность возгорания проводки, а также разрушения замкнувшей установки и автоматического выключателя.
Поскольку в случае КЗ в цепи происходит мгновенное возрастание тока до величины, способной за короткое время привести к тяжелым последствия, срабатывание автомата под воздействием электромагнитного расцепителя происходит за сотые доли секунды. Правда, при этом ток должен превысить номинал АВ в 3 и более раза.
Наглядно про автоматические выключатели на видео:
Дугогасительная камера
Когда контакты цепи, через которую протекает электрический ток, размыкаются, между ними возникает электрическая дуга, мощность которой прямо пропорциональна величине сетевого тока. Она оказывает на контакты разрушающее воздействие, поэтому для их защиты в состав устройства входит дугогасительная камера, представляющая собой набор пластинок, установленных параллельно друг другу.
При контакте с пластинами происходит дробление дуги, в результате чего снижается ее температура и происходит затухание. Газы, возникшие при появлении дуги, через специальное отверстие удаляются из корпусной части защитного устройства.
Как изображают выключатели, переключатели, розетки
На некоторые виды этого оборудования утвержденных стандартами изображений нет. Так, без обозначения остались диммеры (светорегуляторы) и кнопочные выключатели.
Зато все другие типы выключателей имеют свои условные обозначения в электрических схемах. Они бывают открытой и скрытой установки, соответственно, групп значков тоже две. Различие — положение черты на изображении клавиши. Чтобы на схеме понимать о каком именно типе выключателя идет речь, это надо помнить.
Есть отдельные обозначения для двухклавишных и трехклавшных выключателей. В документации они называются «сдвоенные» и «строенные» соответственно. Есть отличия и для корпусов с разной степенью защиты. В помещения с нормальными условиями эксплуатации ставят выключатели с IP20, может до IP23. Во влажных комнатах (ванная комната, бассейн) или на улице степень защиты должна быть не ниже IP44. Их изображения отличаются тем, что кружки закрашены. Так что их отличить просто.
Есть отдельные изображения для переключателей. Это выключатели, которые позволяют управлять включением/выключением света из двух точек (есть и из трех, но без стандартных изображений).
В обозначениях розеток и розеточных групп наблюдается та же тенденция: есть одинарные, сдвоенные розетки, есть группы из нескольких штук. Изделия для помещений с нормальными условиями эксплуатации (IP от 20 до 23) имеют неокрашенную середину, для влажных с корпусом повышенной защиты (IP44 и выше) середина тонируется темным цветом.
Поняв логику обозначения и запомнив некоторые исходные данные (чем отличается условное изображение розетки открытой и скрытой установки, например), через некоторое время вы уверенно сможете ориентироваться в чертежах и схемах.
Дифференциальные выключатели
Их еще называют автоматическими выключателями дифференциального тока – аббревиатура АВДТ. В них совмещен автомат ВА и УЗО. Их применение упрощает электрическую схему и ее монтаж – вместо двух приборов можно поставить один.
Отличить АВДТ от УЗО можно по схематическому изображению на лицевой панели, что не всегда возможно из-за недостаточной технической грамотности, или по литере перед цифрой номинала и его величине. Подробнее об этом здесь.
На устройстве защитного отключения может быть написано, например, In 16A и I∆n 10 mA. Первое значение – номинальный ток цепи, в котором может работать устройство
Обратите внимание, что перед ним нет буквенной литеры. Второе – ток срабатывания, он никогда не превышает единицы ампер
АВДТ маркируется иначе: C16 10 mA. Литера С – это времятоковая характеристика.
Характеристики срабатывания защитных автоматических выключателей
Класс АВ, определяющийся этим параметром, обозначается латинским литером и проставляется на корпусной части автомата перед цифрой, соответствующей номинальному току.
В соответствии с классификацией, установленной ПУЭ, защитные автоматы подразделяются на несколько категорий.
Автоматы типа МА
Отличительная черта таких устройств – отсутствие в них теплового расцепителя. Аппараты этого класса устанавливают в цепях подключения электрических моторов и других мощных агрегатов.
Приборы класса А
Автоматы типа А, как было сказано, обладают самой высокой чувствительностью. Тепловой расцепитель в устройствах с времятоковой характеристикой А чаще всего срабатывает при превышении силой тока номинала АВ на 30%.
Катушка электромагнитного расцепления обесточивает сеть в течение примерно 0,05 сек, если электроток в цепи превышает номинальный на 100%. Если по какой-либо причине после увеличения силы потока электронов в два раза электромагнитный соленоид не сработал, биметаллический расцепитель отключает питание в течение 20 – 30 сек.
Автоматы, имеющие времятоковую характеристику А, включаются в линии, при работе которых недопустимы даже кратковременные перегрузки. К таковым относятся цепи с включенными в них полупроводниковыми элементами.
Защитные устройства класса B
Аппараты категории B обладают меньшей чувствительностью, чем относящиеся к типу A. Электромагнитный расцепитель в них срабатывает при превышении номинального тока на 200%, а время на срабатывание составляет 0,015 сек. Срабатывание биметаллической пластины в размыкателе с характеристикой B при аналогичном превышении номинала АВ занимает 4-5 сек.
Оборудование этого типа предназначено для установки в линиях, в которые включены розетки, приборы освещения и в других цепях, где пусковое повышение электротока отсутствует либо имеет минимальное значение.
Автоматы категории C
Устройства типа C наиболее распространены в бытовых сетях. Их перегрузочная способность еще выше, чем у ранее описанных. Для того, чтобы произошло срабатывание соленоида электромагнитного расцепления, установленного в таком приборе, нужно, чтобы проходящий через него поток электронов превысил номинальную величину в 5 раз. Срабатывание теплового расцепителя при пятикратном превышении номинала аппарата защиты происходит через 1,5 сек.
Установка автоматических выключателей с времятоковой характеристикой C, как мы и говорили, обычно производится в бытовых сетях. Они отлично справляются с ролью вводных устройств для защиты общей сети, в то время как для отдельных веток, к которым подключены группы розеток и осветительные приборы, хорошо подходят аппараты категории B.
Автоматические выключатели категории Д
Эти устройства имеют наиболее высокую перегрузочную способность. Для срабатывания электромагнитной катушки, установленной в аппарате такого типа, нужно, чтобы номинал по электротоку защитного автомата был превышен как минимум в 10 раз.
Срабатывание теплового расцепителя в этом случае происходит через 0,4 сек.
Устройства с характеристикой D наиболее часто используются в общих сетях зданий и сооружений, где они играют подстраховочную роль. Их срабатывание происходит в том случае, если не произошло своевременного отключения электроэнергии автоматами защиты цепи в отдельных помещениях. Также их устанавливают в цепях с большой величиной пусковых токов, к которым подключены, например, электромоторы.
Защитные устройства категории K и Z
Автоматы этих типов распространены гораздо меньше, чем те, о которых было рассказано выше. Приборы типа K имеют большой разброс в величинах тока, необходимых для электромагнитного расцепления. Так, для цепи переменного тока этот показатель должен превышать номинальный в 12 раз, а для постоянного – в 18. Срабатывание электромагнитного соленоида происходит не более чем через 0,02 сек. Срабатывание теплового расцепителя в таком оборудовании может произойти при превышении величины номинального тока всего на 5%.
Этими особенностями обусловлено применение устройств типа K в цепях с исключительно индуктивной нагрузкой.
Приборы типа Z тоже имеют разные токи срабатывания соленоида электромагнитного расцепления, но разброс при этом не столь велик, как в АВ категории K. В цепях переменного тока для их отключения превышение токового номинала должно быть трехкратным, а в сетях постоянного – величина электротока должна быть в 4,5 раза больше номинальной.
Аппараты с характеристикой Z используются только в линиях, к которым подключены электронные устройства.
Наглядно про категории автоматов на видео:
Сфера применения автоматов
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.
Для бытовой сферы рекомендуется использовать ВТХ типа С, а для промышленной или сельскохозяйственной тип В.
Таким образом, время-токовые характеристики — важный показатель, который играет не последнюю роль в обеспечении электричеством здания, квартиры или завода. Он нужен для выбора автоматических выключателей во избежание КЗ. Перед эти нужно изучить параметры срабатывания и принцип работы устройств, чтобы после покупки не оказалось, что они не тянут все нагрузки.
Источник
Расшифровка обозначений на лицевой панели
С назначением, конструкцией разобрались, теперь рассмотрим маркировку – обозначения на корпусе прибора. Они указывают на характеристики устройства. Взглянем в «лицо» автоматическому выключателю.
На фото цифрами обозначены:
- – торговая марка, производитель;
- – номинальное рабочее напряжение и частота;
- – время-токовая характеристика;
- – номинальный рабочий ток;
- – наименование и серия;
- – максимально возможный ток;
- – класс токоограничения;
- – количество полюсов.
С первым, пятым и восьмым пунктами все ясно. Третий рассмотрим подробнее отдельно.
- Номинальное рабочее напряжение и частота. Прибор должен работать в цепях только с таким напряжением и частотой.
- Номинальный рабочий ток. Ток ниже указанного значения не вызовет срабатывания защиты.
- Максимально возможный ток. Максимальный ток, при котором выключатель гарантированно отключится и не выгорит сам.
Класс токоограничения. Время между срабатыванием расцепителя и гашением дуги. Таких классов 3:
- 3 класс – 3-5 миллисекунд;
- 2 класс – 5-10 миллисекунд;
- 1 класс – 10 миллисекунд и выше (может не указываться).
Устройство автомата
Типовая конструкция одной из многочисленных моделей в разрезе представлена на рисунке.
На клемму верхнего зажимного устройства подключается приходящий проводник фазы, а к нижнему зажиму — отходящий. Ток при включенном силовом контакте проходит сквозь гибкую верхнюю связь на биметаллическую пластину, управляющую механизмом расцепителя. Далее он поступает через обмотку соленоида на неподвижный силовой контакт, к которому прижимается пружинами подвижный контакт, соединенный нижней гибкой связью с отходящим зажимом.
При разрыве силовой цепи под нагрузкой всегда создается дуга, величина которой зависит от мощности разрываемого потока электроэнергии. Ее потенциал при определенных ситуациях способен выжечь металл на подвижном и стационарном контактах.
Поэтому в конструкцию включено дугогасящее устройство, разделяющее дугу на маленькие потоки, сразу подвергаемые резкому охлаждению. Их путь показан на картинке черными завитушками.
Уставка срабатывания биметалла может регулироваться положением винта в механизме расцепителя, а срабатывание отсечки установлено на заводе.
Пластиковый язычок рукоятки через устройство складывающихся рычагов позволяет коммутировать положение силового контакта вручную.
Принцип действия автоматического выключателя
Мы рассмотрим принцип действия автоматического выключателя на примере автомата максимального тока. Его схема показана ниже:
Где: 1 – электромагнит, 2 – якорь, 3, 7 – пружины, 4 – ось, по которой движется якорь, 5 – защелка, 6 – рычаг, 8 – силовой контакт.
При протекании номинального тока система работает нормально. Как только ток превысит допустимое значение уставки, последовательно включенный в цепь электромагнит 1, преодолеет усилие сдерживающей пружины 3 и втянет якорь 2, и провернувшись через ось 4 защелка 5 освободит рычаг 6. Тогда отключающая пружина 7 разомкнет силовые контакты 8. Такой автомат включается вручную.
В настоящее время созданы автоматы, которые имеют время отключения от 0,02 – 0,007 с на токи отключения 3000 – 5000 А.
Принцип работы автоматического выключателя во время короткого замыкания
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.
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 автоматический выключатель срабатывает после отключения всех приборов, значит, проблема в нарушении изоляции проводки. Для устранения подобной неисправности придется вызывать специалистов, которые смогут обнаружить и устранить поломку.
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.
Сечение кабеля для автомата с16
В жилых домах, как правило, используется однофазная сеть. Поэтому проводку выбирают с 2 или 3 жилами. Их диаметр в поперечном сечении должен соответствовать установленному электроавтомату на 16 ампер. Максимально допустимый диаметр составляет 25 кв. мм, но показатель зависит также от металла, из которого состоит кабель. Вот их сравнительная характеристика:
Металл в проводах
| Критерий | Алюминиевый провод | Медный провод |
| Поперечное сечение | От 2,5 кв. мм | От 0,35 кв. мм |
| Проводимость тока | До 3 кВт при минимальном сечении | Показатель выше примерно в 1,6 раза |
| Срок службы | 15-20 лет | Около 50 лет |
| Прочность | Во время сгибания жила легко надламывается | Благодаря пластичности металла, проводку можно прокладывать под любым углом. Показатель хрупкости при одинаковом сечении в 2-3 раза ниже. |
| Удобство монтажа | Чтобы запитать современную розетку, нужен провод с сечением в 4 кв. мм. Встроенные клеммы имеют допустимое значение в 3 мм. То есть, подключение с номиналом в 16А исключается. | Для аналогичной задачи (розетка на 16А) требуется кабель с сечением жил, равным 1,5-2,5 кв. мм. То есть сложностей во время монтажа не возникает. |
| Окисление | Участок с отсутствующей изоляцией быстро окисляется. Оказываемая пленкой сопротивляемость снижает показатель допустимой нагрузки на контакты. Поэтому используют специальную кварце-вазелиновую пасту. | Патина хорошо проводит ток, поэтому на сопротивляемость в узловых соединениях влияния не оказывает. |
Вам это будет интересно Установка двухзонного счетчика
Клеммы в розетке
Несмотря на заметную разницу в стоимости материалов (алюминиевая проводка дешевле в 2-3 раза), прокладывают в большинстве своем медный кабель. При выборе сечения жил опираются на характер автомата и способа размещения проводов.
Для защитного устройства на 16А медная жила должна иметь сечение в 2,5 кв. мм. Это соответствует предельному для нее напряжению в 21А в замурованном в стены положении, 30А в открытом (контактирует с внешней средой, а значит легко отдает тепло при нагревании).
Если взять провод с сечением 1,5 кв. мм, то в течение часа он перегреется и выйдет из строя. Это обосновано максимально допустимым током, равным 18 А.
Монтаж внутри и снаружи стен
Заключительные рекомендации
После приобретения автомата до его подключения в работу важно проверить основные электрические характеристики аппаратурой электротехнической лаборатории. При этом создаются реальные условия аварии методами прогрузки от дополнительного источника напряжения и анализируется поведение защит, составляется протокол проверки с подписями ответственных работников, выдается заключение о пригодности
Это позволит исключить последствия небрежной транспортировки, нарушения режима хранения на складах и заводской брак, что важно для обеспечения дальнейшей надежной работы защит. Вводя в работу только что купленный и непроверенный автомат, вы не имеете никаких гарантий его надежности
Вводя в работу только что купленный и непроверенный автомат, вы не имеете никаких гарантий его надежности.
Для более полного закрепления материала статьи рекомендуем посмотреть два виодоролика.
Рабочие характеристики
Автоматический выключатель класса D
К числу основных параметров автоматических выключателей, полностью характеризующих их функциональные возможности, принято относить:
- номинальный ток (штатный режим);
- предельную отключающая способность прибора (ПКС);
- характеристики по токоограничению;
- параметры срабатывания электромагнитной защиты по току.
Отдельно рассматриваются температурные характеристики, под которыми понимаются условия отключения теплового расцепителя.
Характеристики автомата типа С
Ток штатного режима – это величина, при которой автомат может работать сколько угодно долго без отклонений параметров от заданной нормы. Это значение отображается на корпусе прибора сразу вслед за буквой, определяющей его время-токовые характеристики. Предельная отключающая способность автомата – это максимальное значение тока, при котором он может срабатывать без потери функциональности. Величина ПКС указывается на корпусе АВ сразу под время-токовой характеристикой и номиналом.
Категория по ограничению тока характеризует способность отключать аварийную линию до момента достижения током предела по перегрузу. Для различных приборов этот параметр принимает следующие значения:
- первая категория – 10 миллисекунд (мс) и более;
- вторая категория – от 6-ти до 10-ти мс;
- третья категория – 2,5-6 мс.
