Автоматический выключатель

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

Устройство защитного отключения — автоматический выключатель

Необходимость

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

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

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

Панель выключателя АВ

Конструктивные особенности

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

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

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

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

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

В верхней части корпуса 2 отверстия:

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

Корпус автомата: вид сверху

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

Автоматический выключатель на ДИН-рейке

Как работает автомат

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

Для контроля значений этих параметров автоматический выключатель имеет два элемента:

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

Устройство автомата в разрезе

Подключается автоматический выключатель в разрыв цепи последовательно. На верхнюю клемму зажимается провод от источника питания, внизу крепятся провода, идущие к нагрузке.

Автоматический выключатель имеет два типа детектора и элемента расцепления, которые постоянно контролируют силу тока.

У каждого устройства свое назначение:

• Электромагнитный расцепитель мгновенно реагирует на кратковременное значительное превышение тока номинального значения при коротком замыкании;
• Регулируется тепловая защита, она более точная и инерционная в измерении значений тока, имеет большее время срабатывания. Это позволяет не реагировать на кратковременные незначительные превышения допустимых токовых значений. Все эти меры обеспечивают стабильную безопасную работу электроустановок.

Схема строения автоматического выключателя

Устройство расцепления и взвода

Это механическое устройство состоит из металлических пружин и пластиковых рычагов. Его задача в обычном режиме удерживать замкнутые контакты, в аварийных ситуациях, при превышении тока или температуры заданных предельных значений, разомкнуть контакты выключателя, для чего применяется автоматический или ручной режим отключения.

Электромагнитный расцепитель

Это электромагнитная катушка со свободно двигающимся металлическим сердечником. Шток сердечника при рассчитанной величине предельно допустимого тока толкает рычаги расцепляющего устройства, оно срабатывает, контакты размыкаются.

Сечение провода на катушке электромагнита и количество витков рассчитываются на многократное срабатывание. Обмотка катушки выталкивает сердечник при значительном превышении номинального тока выключателя, в случае короткого замыкания в цепи.

Электромагнитный расцепитель

Один конец катушки подключен к подвижному контакту механизма расцепления, второй – к биметаллической пластине. Соединения выполнены гибким многожильным проводом, контакты сварные, это обеспечивает надежное соединение в условиях высоких температур. Припой на паяных контактах при нагреве может расплавиться.

При превышении номинального тока в катушке электромагнита в несколько раз сердечник выталкивается. Он давит сверху на рычаг спускового механизма, происходит расцепление, подвижный контакт под действием пружины отскакивает от неподвижного контакта, они размыкаются. Усилие размыкания дублируется штоком сердечника, закрепленного на подвижном контакте.

Одновременно с давлением на спусковой рычаг сердечник оттягивает подвижный контакт.

Тепловой расцепитель

Здесь используется принцип работы теплового реле. Такой способ широко применяется для аварийных отключений электрооборудования и сигнализации в электрических цепях. В основе технологии заложены свойства биметаллической пластины. Еще в XIX веке Джоуль-Ленц отметил пропорциональность температуры на участке цепи квадрату силы тока и сопротивлению.

Используя эту зависимость и свойства биметаллов, пластины стали применять для механического замыкания и размыкания контактов. Биметаллические пластины пропорционально изменяют свою форму в зависимости от силы тока и температуры. По степени изгиба пластины можно судить о величине тока и температуре.

Биметаллические пластины: структура

У всех металлов коэффициенты теплового расширения отличаются: при нагреве пластин одного размера из разного металла до одинаковой температуры длина одной из них станет больше. Благодаря этому свойству, если скрепить эти две пластины вместе при нагреве, они начнут загибаться, при остывании – выпрямляться.

В нашем случае биметаллическая пластина находится в теплостойком изоляционном материале, обычно для этих целей одевается трубка из стекловолокна. Сверху изоляции намотан провод с высоким сопротивлением, это делается для косвенного нагрева пластины.

Искрогасительная камера

Значительную часть в корпусе модуля защиты занимает искрогаситель. В большинстве случаев автоматический выключатель срабатывает под током большой нагрузки. При прохождении тока большой силы в момент разрыва цепи между контактами возникает дуга электрического разряда.

Выбор

В частных домах можно установить четырехполюсный и трехполюсный автоматический выключатель для трехфазной сети 380 В. Чаще используются трехполюсные, двухполюсные и однополюсные для однофазной сети 220 В.

Выбирая элементы защиты, в первую очередь надо исходить из номинальных значений напряжения. Оно должно быть выше или соответствовать напряжению сети.

Одно из главных условий выбора и последующей настройки автомата защиты – отключение группы потребителя раньше, чем это сделают элементы защиты, установленные в цепи ближе к источнику подачи электроэнергии. Для этого учитываются следующие параметры.

Максимальная сила тока короткого замыкания на участке цепи, где устанавливается автоматический выключатель. Модульные модели защитных автоматов выдерживают 3000А; 4500А; 6000А; 10000А, немодульные рассчитаны на большие токи короткого замыкания. Для жилых домов и квартир достаточно 4500 или 6000А.

Номинальная сила тока расцепителя выбирается немного больше допустимого тока длительной нагрузки цепи. В противном случае автоматический выключатель будет срабатывать от незначительных скачков напряжения в процессе нормального режима работы.

Автоматический выключатель серии АВ с номинальным током 10А будет срабатывать при токе 10х1,45(поправка на тепловой расцепитель) = 14,5 А.

Параметры расцепления имеют три класса (В;С;D), они отличаются по токовременным характеристикам срабатывания:

• Класс В – срабатывает расцепитель при превышении номинальной силы указанной на маркировке тока в 3-5 раз. Ставят в группах освещения и розеток, обычно они реагируют на пусковые токи при включении электродвигателей.
• Класс С – расцепитель срабатывает при превышении номинальных токов в 5-10 раз, ставится в розеточные и осветительные группы, обеспечивает защиту двигателей водяных насосов с небольшими пусковыми токами. Хорошо использовать в загородных домах и квартирах.
• Класс D – автоматический выключатель этого класса устанавливается на производственных объектах для защиты электродвигателей с большими пусковыми токами.

Для этого есть специальные таблицы определения площади сечения кабеля по току, ПУЭ (Правила устройства электроустановок) табл. 1.3.4, 1.3.5, 1.3.6, 1.3.7, 1.3.8.

Устройство автомата. Видео

Видео  продемонстрирует устройство автоматического выключателя, что поможет с его монтажом и установкой.

Зная назначение и принципы работы, требования по установке и эксплуатации автоматических выключателей, легче сделать правильный выбор, что обеспечит стабильную, безаварийную работу бытовой техники в доме и квартире.