Устройство автоматического выключателя (АВ)

Предшественником АВ в быту был автоматический предохранитель, он вворачивался в штатное гнездо «пробки». Такие предохранители были рассчитаны на токи 5, 6,3, 10, 16 и 25 ампер.

Устройство автоматического выключателя в разрезе

В свое время автоматические предохранители стали шагом вперед в защите сети от аварий, но их конструкция была несовершенной: при эксплуатации более года параметры сильно изменялись, и отключения начинали происходить даже, когда сила тока в цепи была намного меньше защитного.

Предшественник АВ — автоматический предохранитель

Виды

Следующим шагом в повышении безопасности при эксплуатации бытовой электросети стало внедрение автоматических выключателей, они уже выполняли не только функции защиты, но и штатных выключателей. Механизм этих устройств более совершенный и надежный.

Одно-, двух-, трехполюсные автоматические выключатели

Однополюсный АВ

Далее приведено устройство однополюсного АВ, но все, что сказано о нем, справедливо и для всех остальных видов.

На рисунке изображен механизм автоматического выключателя. Если проследить путь тока через АВ, то станет понятен принцип его работы.

Схема строения автоматического выключателя

Электрический ток проходит от правой клеммы 2 через замкнутые подвижный 3 и неподвижный 4 контакты, через медную шину и катушку 7, далее биметаллическую пластину 5, к левой клемме 6.

Аварийное отключение при превышении номинального тока
Температурный (биметаллический) расцепитель представляет собой пластину, которая изготовлена из двух слоев разных металлов. При протекании по ней электротока она нагревается, а так как металлы имеют различные коэффициенты расширения, то пластина изгибается.

Чем больший ток протекает по ней, тем сильнее она изгибается, а когда ток становится больше номинального, на который рассчитан автомат, он действует на спусковой механизм и разрывает цепь.

Этот же ток протекает и через катушку, но возникающая магнитная сила не может преодолеть сопротивление пружины, и сердечник не втягивается внутрь катушки, поэтому отключение происходит только благодаря работе температурного расцепителя.

Аварийное отключение

В случае короткого замыкания ток в цепи возрастает до бесконечной величины в течение нескольких миллисекунд.

Протекающий через катушку магнитного расцепителя (7) ток создает мощный магнитный импульс, который втягивает сердечник внутрь. А так как он связан с подвижным контактом (3), то цепь разрывается, другим концом сердечник нажимает на спусковой механизм, тот срабатывает и не позволяет замкнуть цепь после окончания действия магнитного импульса.

Магнитный расцепитель – это катушка (соленоид) из довольно толстого медного провода. Если по ней течет ток, значительно, в 3-20 раз, превышающий номинальный(In), магнитное поле в катушке достигает порога срабатывания, сердечник втягивается, отводит подвижный контакт от неподвижного, а другим концом воздействует на спусковой механизм, происходит выключение нагрузки.

Магнитный расцепитель в виде катушки

При аварийном или ручном отключении между контактами возникает электрическая дуга, это явление вредное. Для уменьшения воздействия дугового разряда на поверхность контактов применяется дугогасительная камера, она состоит из ряда металлических пластин, закрепленных на двух параллельных стенках из электротехнического картона.

Электрическая дуга – это плазма, под действием собственного магнитного поля она втягивается в промежутки между пластинами, отдавая им тепло, быстро остывает и гаснет. В автоматическом выключателе реализованы два независимых канала слежения за состоянием электрической цепи.

Один из них – тепловой, он следит за «медленным» изменением силы тока, и если она превышает предельное значение в течение длительного времени (до нескольких десятков минут), то происходит отключение.

Второй канал – электромагнитный, он следит за быстрым изменением: если в цепи возникает «бросок» силы тока, то в катушке этого канала появляется мощный магнитный импульс, он отключает потребителя от сети.

Принцип подбора

Для выбора автомата необходимо знать силу тока в сети, которую необходимо защищать от перегрузки. Ее можно легко посчитать.

Сила тока в проводке зависит от мощности имеющихся в доме бытовых приборов:

I=W/U *Ко, где:

o I – сила тока в сети (в Амперах).
o W – суммарная мощность всех бытовых приборов (в ваттах).
o U – напряжение сети (обычно 220 вольт).
o Ко – коэффициент «одновременности».

Разумеется, все имеющиеся в доме приборы одновременно работать не будут, поэтому полученный результат нужно умножить на коэффициент «одновременности», его можно определить из приведенной таблицы.

Мощность бытовых приборов обычно указывается на шильдике или прямо на корпусе, также ее можно узнать в паспорте этого изделия.

Соответствие мощности (W) коэффициенту спроса (Ко)

В тоже время полезно учитывать тот фактор, что в быту во многих приборах, например, холодильниках, кондиционерах, системах вентиляции, электроинструментах используются довольно мощные электродвигатели.

В технических характеристиках часто указывается cos(φ) – это так называемый коэффициент мощности, он показывает сдвиг фаз тока и напряжения, который обусловлен индуктивностью обмоток электродвигателей.

Соответствие значений коэффициента мощности cos(φ)

Также сдвиг фаз вызывают люминесцентные лампы старой конструкции, потому что в них использовались дроссели большой индуктивности, а они вызывают сдвиг фаз. В современных лампах этого типа для управления и регулирования используются электронные схемы.

Поэтому для более точной оценки потребляемого тока необходимо учитывать и cos φ этих приборов.

Окончательная формула будет выглядеть так:

I=W/U *Ко* cos φ

Коэффициент мощности для двигателя указывается на бирке, прикрепленной к корпусу двигателя. По приведенной выше таблице можно определить «качество» двигателя.

Проделав эти нехитрые вычисления, можно приблизительно оценить, какой ток будет в сети.

Теперь необходимо подобрать автомат по параметрам, учитывая, что I <= In <= Iдоп, где:

o I – сила тока в сети (в Амперах);
o In – номинальный ток автоматического выключателя;
o Iдоп – допустимый ток в сети.

Допустимый ток в сети зависит от того, какие сечение провода и материал, из которого он изготовлен: медь или алюминий.

Величину тока можно приблизительно определить по таблице ниже.

Допустимые токовые нагрузки кабелей с медными жилами с изоляцией из сшитого полиэтилена

Основные характеристики, на которые необходимо обращать внимание при выборе модели автоматического выключателя, представлены на рисунке.

Технические характеристики на моделях выключателей

Номинальный ток In – это ток в сети, не вызывающий отключения нагрузки в течение всего времени работы.

Время-токовая характеристика – обозначается В, С, D; она показывает, при какой перегрузке в сети произойдет аварийное отключение потребителей. Если это нижний предел, то время срабатывания более 0,1 сек, а если верхний – менее 0,1 сек:

• B – 3-5 раз.
• С – 5-10 раз.
• D – 10-20 раз.

В быту чаще всего применяются C или D, реже B. Наиболее часто используемые в быту номиналы стандартного ряда In – 6,3, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80 А.

Окончательный выбор делается согласно следующей схеме: номинальный ток автомата (In) должен быть выше или равен току в сети (I) при всех включенных приборах в доме, но меньше или равен допустимому току (Iдоп).

I <= In <= Iдоп

Например:

Мощность домашних приборов 9 квт. По таблице находим, что сечение провода должно быть не менее 4 мм2, а сила тока будет 41 А. Из стандартного ряда выбираем ближайший: меньший – 40. Значит, подойдет С40.

Устройство. Видео

В видео будет произведена разборка дифавтомата, что позволит лучше понять его строение и принцип работы.

Приведенная информация поможет не ошибиться с выбором автоматического выключателя и не нарушить правила эксплуатации в дальнейшем.