Электрический автомат: описание и характеристики, принцип работы и разновидности, схема построения защиты

Разновидности электрических автоматических выключателей

Проводку и электрические приборы защищает автоматический выключатель. Это обязательный прибор, без установки которого пользование электричеством не допустимо согласно ПУЭ. Выключатели изготавливаются для подключения к однофазным (220 вольт) и трехфазным (380 вольт) сетям. Различают приборы, используемые для цепей постоянного либо переменного токов, или их комбинации. Рассмотрим, для чего применяются и какие бывают автоматы.

Назначение приборов

Основная функция, возлагаемая на автоматические выключатели, сводится к защите кабеля от коротких замыканий и его перегрузки. Кроме этого, в комплекс задач для устройства входит:

• пропускание тока номинальной нагрузки при его длительном использовании;
• стабильное поддержание потенциала напряжения сети с гарантией ее изоляции;
• возможность ручного управления состоянием силового контакта;
• способность определения момента возникновения перегрузки и обеспечение необходимого времени для безопасной работы, после чего питание снимается с подключенных потребителей.

Важно правильно подбирать тип электрических автоматов с учетом технических характеристик сети, так как частое отключение электросети чревато губительными последствиями для подключенных приборов.

Для этого стоит понять, как работает автоматический выключатель. Прибор, рассчитанный на высокую мощность, не всегда уместен, так как опасная ситуация для бытового помещения может не распознаться. Сила тока, выходящая за пределы допустимой для кабеля нормы, чаще не определяется автоматическим выключателем как аварийное положение. Тогда короткое замыкание может вызываться расплавлением изоляции, но к этому времени есть риск возникновения возгорания. Устройство автоматического выключателя меньшей мощностью способно часто и регулярно останавливать подачу напряжения на потребителя. В результате автомат перестанет функционировать из-за выхода из строя контактов.

Разновидности по полюсам

Автоматы могут иметь от 1 до 4 полюсов, что определяется мощностью подключаемого электрооборудования и количеством фаз сети.

Классификация по числу полюсов автоматических выключателей:

1. Однополюсный автомат способен защитить сеть, к которой подключены маломощные приборы. Монтаж производится на фазный провод, нулевой при этом исключается.
2. Двухполюсный прибор актуален для линии, к которой подключается достаточно мощная бытовая техника (стиральная машина, электроплита, бойлер).
3. Трехполюсная модель. Предназначается для полупромышленного масштаба с подключением установок: насосов, устройств для автомастерских или строительных работ.
4. Четырехполюсный автомат защищает от коротких замыканий, перегрузок четырехпроводных сетей.

Для четырехжильного кабеля устанавливаются только трех- и четырехполюсные автоматы выключения.

Классификация по времятоковому показателю

Количество ложных срабатываний автоматов при неравномерной нагрузке на сеть оптимизируется благодаря разной скорости реагирования на превышение номинального тока. Зависимость времени отключения сети от силы протекающего тока определяет следующие виды автоматических выключателей:

• A. Встречается у европейских изготовителей. Самая чувствительная модель. На отклонение от нормы отзывается мгновенно. Обычно используется для защиты линий с подключенным высокоточным оборудованием. (Номинал тока 2-3). Устанавливаются редко.
• B. Предусмотрен для помещений, оснащенных старой алюминиевой проводкой. Подходит для длинных линий, осветительных линий или цепей без возможных резких перепадов напряжения. Отключается с незначительной задержкой в 5-20 секунд при токе номиналом 3-5.
• C. Чаще встречается в современных квартирах для защиты розеточных линий, в которые подключается достаточное количество электрооборудования (стиральные, посудомоечные машины, морозильные камеры, обогреватели, микроволновые печи, ЖК-телевизоры). Отключение происходит на 1-10 секунде при токе кратном 5-10. Такой принцип нужен для стабилизации работы при незначительном перепаде.
• D. Защита оптимальна для линий с трансформаторами или большими пусковыми токами. Автоматические выключатели этого класса нельзя подключать к потребителям, ориентированным на работу с защитой классов C и B. При 10-20 номинальном токе отключается за 1-10 секунд. Наиболее низкая чувствительность к увеличению тока. Иногда принято устанавливать на самом здании с целью подстраховки квартирных автоматов. Если те вдруг не сработают, то произойдет отключение от сети всего здания.

Это самые распространенные типы. Ряд производственных моделей дополнен еще тремя группами: L, K и Z.

Классификация по конструкции

Существует три вида автоматов защиты сети:

1. Модульный прибор. Актуален для бытовых сетей с протекающими токами небольшой величины. Чаще имеет один или два полюса.
2. Литой. Используются для работы в промышленных сетях. Название получили благодаря литому корпусу.
3. Воздушный электрический. Применяется для сетей, поддерживающих высокомощные установки. Обычно имеет три или четыре полюса.

Разделение по номинальной отключающей возможности

По критериям, определяющим значение тока короткого замыкания, при котором выключатель сработает с последующим отключением поступающего потребителю напряжения, выделяют три разновидности:

1. 4.5 кА (4500 А). Чаще применяется для защиты силовых линий частных жилых зданий с сопротивлением 0.05 Ом. Такие модели практически не используются, некоторые страны уже запретили их эксплуатацию.
2. 6 кА (6000 А). Используется для предотвращения коротких замыканий общественных мест и жилых объектов, где сопротивление составляет примерно 0.04 Ом.
3. 10 кА (10000 А). Автоматы предназначены для защиты электрооборудования промышленного назначения.

Для бытового назначения чаще применяется 6000 А.

Типы расцепителей

В защиту включают электромагнитный и термический расцепитель. Работа каждого элемента автономна и не зависит от состояния друг друга.

Тепловой расцепитель представляет собой металлическую пластину, назначение которой — реагирование на нагрев. Для включения прибора пластина должна остыть до исходной допустимой температуры.

Принцип действия автоматического выключателя зависит от конкретной ситуации.

Рабочий режим

Электрические автоматы включаются поднятием рычага управления. Механизм взвода и расцепления переключается в активное состояние. Происходит коммутация силовых контактов: ток протекает между ними (от неподвижного к подвижному). После этого движение продолжается через гибкую связь на катушку электромагнитного расцепителя, после — по гибкой связи на тепловой расцепитель. На «питающую» электролинию ток выходит через нижнюю клемму.

Механизм действия при коротком замыкании (КЗ)

Своевременное отключение подачи нагрузки обеспечивается электромагнитным расцепителем. Принцип работы автоматического выключателя при КЗ сводится к следующей схеме: превышающее допустимую норму напряжение, протекая через электромагнитную катушку расцепителя, образует магнитное поле высокой мощности. В результате якорь с подвижным контактом опускается вниз, воздействуя на рычаг спускового механизма, после чего отключается нагрузка.

Таким образом, незамедлительно возникшее магнитное поле провоцирует реакцию на обесточивание сети до возникновения аварийной ситуации.

В ходе возникновения разряда, между контактами образуются продукты горения, а также повышается давление внутри корпуса автомата. Требуется устранение побочных реакций, для чего предусмотрены каналы в коробе автомата.

Перегрузка

Сеть защищается благодаря тепловому расцепителю — биметаллической пластине. При этом ток, поступая через нее, может превышать значение нормы, что ведет к ее перегреву и последующему изгибу. Достигая определенного угла изгиба, пластина воздействует на спусковое устройство, в ходе чего автомат отключается.

Разогрев биметалла требует времени. Продолжительность зависит от степени превышения значения воздействующего тока и может составлять несколько секунд или длиться до часа. Это свойство позволяет не отключать питание при непродолжительных или случайных превышениях тока в сети. Нижняя граница допустимого значения, при котором срабатывает терморасцепитель, устанавливается заводом-изготовителем. На корректную работу теплового элемента способна влиять температура воздуха окружающей среды. Указанные в маркировке технические параметры актуальны для температуры до 30 градусов. В прохладном помещении ток может достигать значения выше допустимого, в жарком — срабатывать при более низком значении.

Термический расцепитель более медлительный, чем магнитный, но имеет преимущество, так как работает более точно, а настроить его проще.

Маркировка

Все автоматические выключатели, независимо от производителя и их типа, маркируются по единой схеме, включающей основные параметры:

• название или логотип производителя;
• указание типа, согласно номеру серии изготовителя и каталога;
• величина рабочего напряжения: обозначение переменного тока — волнистая линия, постоянного — прямая, комбинированного — две линии сразу;
• значение рабочего тока (указывается без величины измерения в амперах), перед величиной тока указывается тип времятоковой характеристики;
• рабочая частота (в случае, когда используется только установленная частота);
• коммутационная способность при коротком замыкании (в Амперах);
• степень защиты указывается в виде IP;
• класс ограничения тока указывается в прямоугольнике (значение от 1 до 3);
• обозначение выводов: для соединения с нейтральным проводником — N, для подключения защитной линии — символ заземления.

Сам рычаг содержит обозначение о состоянии: «откл», «вкл» или «1», «0». Тогда как отключение происходит автоматически, включение может проводиться только вручную.

Автоматический выключатель сводит риски, вызываемые коротким замыканием или внезапным отключением света, к минимуму.

Электрические автоматы. Виды и работа. Характеристики

С самого начала возникновения электричества инженеры стали думать над безопасностью электрических сетей и устройств от токовых перегрузок. Вследствие этого было сконструировано много разных устройств, которые отличаются надежной и качественной защитой. Одними из последних разработок стали электрические автоматы.

Электрические автоматы

Этот прибор называется автоматическим по причине того, что он оснащен функцией отключения питания в автоматическом режиме, при возникновении коротких замыканий, перегрузок. Обычные предохранители после срабатывания подлежат замене на новые, а автоматы после устранения причин аварии можно снова включить.

Такое защитное устройство необходимо в любой схеме электрической сети. Защитный автомат защитит здание или помещение от разных аварийных ситуаций:

• Пожаров.
• Ударов человека током.
• Неисправностей электропроводки.

Виды и конструктивные особенности

Необходимо знать информацию о существующих видах автоматических выключателей, чтобы во время приобретения правильно выбрать подходящее устройство. Имеется классификация электрических автоматов по нескольким параметрам.

Отключающая способность

Это свойство определяет ток короткого замыкания, при котором автомат разомкнет цепь, тем самым отключит сеть и приборы, которые были подключены к сети. По этому свойству автоматы подразделяются:

• Автоматы на 4500 ампер, применяются для предотвращения неисправностей силовых линий жилых домов старой постройки.
• На 6000 ампер, используются для предотвращения аварий при замыканиях в сети домов в новостройках.
• На 10000 ампер, применяются в промышленности для защиты электрических установок. Ток такой величины может образоваться в непосредственной близости от подстанции.

Срабатывание автоматического выключателя возникает при замыканиях, сопровождающихся возникновением определенной величины тока.

Автомат защищает электропроводку от повреждения изоляции большим током.

Число полюсов

Это свойство говорит нам о наибольшем количестве проводов, которые возможно подключить к автомату для обеспечения защиты. При аварии, напряжение на этих полюсах отключаются.

Особенности автоматов с одним полюсом

Такие электрические автоматы наиболее простые по своей конструкции, и служат для защиты отдельных участков сети. К такому автоматическому выключателю можно подсоединить два провода: вход и выход.

Задачей таких устройств является защита электрической проводки от перегрузок и КЗ проводов. Нейтральный провод подключается к нулевой шине, в обход автомата. Заземление подключается отдельно.

Электрические автоматы с одним полюсом не являются вводными, так как при его отключении разрывается фаза, а нулевой провод по-прежнему остается соединенным с питанием. Это не обеспечивает защиту на 100%.

Свойства автоматов с двумя полюсами

В случаях, когда при аварии требуется полное отсоединение от электрической сети, используют автоматические выключатели с двумя полюсами. Они используются как вводные. В аварийных случаях, либо при коротком замыкании вся электрическая проводка отключается в одно время. Это дает возможность осуществлять работы по ремонту и обслуживанию, а также проведения работ по подключению оборудования, так как гарантирована полная безопасность.

Двухполюсные электрические автоматы используют, когда необходимо наличие отдельного выключателя для устройства, работающего от сети 220 вольт.

Автомат с двумя полюсами подключают к устройству с помощью четырех проводов. Из них два приходят от сети питания, а другие два выходят из него.

Трехполюсные электрические автоматы

В электрической сети, имеющей три фазы, применяются 3-полюсные автоматы. Заземление оставляют незащищенным, а проводники фаз соединяют с полюсами.

Трехполюсный автомат служит вводным устройством для любых трехфазных потребителей нагрузки. Чаще всего такой вариант исполнения автомата применяют в промышленных условиях для питания электричеством электродвигателей.

К автомату можно подключить 6 проводников, три из которых – фазы электрической сети, а остальные три выходящие от автомата, и обеспеченные защитой.

Использование четырехполюсного автомата

Чтобы обеспечить защитой трехфазную сеть с четырехпроводной системой проводников (например, электродвигатель, включенных по схеме «звезды»), применяют 4-полюсный автоматический выключатель. Он играет роль вводного устройства четырехпроводной сети.

Имеется возможность подключения к устройству восьми проводников. С одной стороны – три фазы и ноль, с другой стороны – выход трех фаз с нолем.

Время-токовая характеристика

Когда устройства, потребляющие электроэнергию, и электрическая сеть работают в нормальном режиме, то происходит обычное протекание тока. Это явление касается и электрического автомата. Но, в случае повышения силы тока по разным причинам выше номинального значения, происходит срабатывание расцепителя автомата, и цепь разрывается.

Параметр этого срабатывания называется время-токовой характеристикой электрического автомата. Она является зависимостью времени сработки автомата и соотношения между реальной силой тока, проходящей через автомат, и номинальным значением тока.

Важность этой характеристики заключается в том, что обеспечивается наименьшее число ложных срабатываний с одной стороны, и осуществляется защита по току, с другой стороны.

В энергетической промышленности бывают ситуации, когда кратковременное повышение тока не связано с аварией, и защита не должна срабатывать. Также происходит и с электрическими автоматами.

Время-токовые характеристики определяют, через какое время сработает защита, и какие параметры силы тока при этом возникнут. Чем больше перегрузка тем быстрее сработает автомат.

Электрические автоматы с маркировкой «В»

Автоматические выключатели категории «В», способны отключаться за 5 — 20 с. При этом значение тока составляет от 3 до 5 номинальных значений тока ≅0.02 с. Такие автоматы используются для защиты бытовых устройств, а также всей электропроводки квартир и домов.

Свойства автоматов с маркировкой «С»

Электрические автоматы этой категории могут выключиться за время 1 — 10 с, при 5 — 10 кратной токовой нагрузке ≅0.02 с. Такие применяют во многих областях, наиболее популярны для домов, квартир и других помещений.

Значение маркировки «D» на автомате

С таким классом автоматы используются в промышленности и выполнены в виде 3-полюсных и 4-полюсных исполнений. Их применяют для того, чтобы защитить мощные электрические моторы и разные трехфазные устройства. Время их сработки составляет до 10 секунд, при этом ток срабатывания может превышать номинальное значение в 14 раз. Это дает возможность с необходимым эффектом использовать его для защиты различных схем.

Электродвигатели со значительной мощностью чаще всего подключают через электрические автоматы с характеристикой «D», т.к. пусковой ток высокий.

Номинальный ток

Имеется 12 вариантов исполнения автоматов, которые различаются по характеристике номинального тока работы, от 1 до 63 ампер. Этот параметр определяет скорость выключения автомата при достижении предельного значения тока.

Автомат по этому свойству выбирают с учетом поперечного сечения жил проводов, допускаемому току.

Принцип действия электрических автоматов

Обычный режим

При обычной работе автомата управляющий рычаг взведен, ток поступает через провод питания на верхней клемме. Далее ток идет на неподвижный контакт, через него на подвижный контакт и по гибкому проводу на катушку соленоида. После него по проводу ток идет на биметаллическую пластину расцепителя. От него ток проходит на нижнюю клемму и дальше на нагрузку.

Режим перегрузки

Этот режим возникает при превышении номинального тока автомата. Биметаллическая пластина нагревается большим током, изгибается и размыкает цепь. Для действия пластины требуется время, которое зависит от значения проходящего тока.

Автоматический выключатель является аналоговым устройством. При его настройке есть определенные сложности. Ток срабатывания расцепителя настраивается на заводе специальным регулировочным винтом. После остывания пластины автомат снова может функционировать. Температура биметаллической пластины зависит от окружающей среды.

Расцепитель действует не сразу, давая возможность току к возврату номинального значения. Если ток не снижается, то расцепитель срабатывает. Перегрузка может возникнуть из-за мощных устройств на линии, либо подключении сразу нескольких устройств.

Режим короткого замыкания

При этом режиме ток возрастает очень быстро. Магнитное поле в катушке соленоида движет сердечник, приводящий в действие расцепитель, и отключает контакты сети питания, тем самым снимает аварийную нагрузку цепи и защищает сеть от возможного пожара и разрушения.

Электромагнитный расцепитель действует мгновенно, чем отличается от теплового расцепителя. При размыкании контактов рабочей цепи появляется электрическая дуга, величина которой зависит от тока в цепи. Она вызывает разрушение контактов. Чтобы предотвратить это отрицательное действие, сделана дугогасительная камера, которая состоит из параллельных пластин. В ней дуга затухает и исчезает. Возникающие газы отводятся в специальное отверстие.

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:

• силовые контакты (подвижный и неподвижный), обеспечивающие коммутацию;
• механизм взвода и расцепления, который взаимосвязан с рычагом управления;
• катушка (электромагнит) и подвижный сердечник (якорь), выполняющий функцию толкателя. Эти элементы являются электромагнитным расцепителем и обеспечивают защиту от токов к.з.;
• дугогасительная камера. Данное устройство выполняет быстрое гашение дугового разряда, который образуется при размыкании контактов;
• 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.

Принцип 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.

В данном режиме электромагнитный расцепитель автоматического выключателя должен произвести мгновенное отключение нагрузки. Принцип действия заключается в следующем: при значительном превышении номинального тока, протекающего через обмотку электромагнита, возникает мощное магнитное поле, которое тянет вниз якорь с подвижным контактом. Якорь в свою очередь надавливает на рычажок спускового механизма, в результате чего происходит отключение нагрузки.
Необходимо отметить, что в результате мгновенного возникновения магнитного поля автоматический выключатель успевает отключиться до появления нежелательных последствий.
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.

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.

Категории автоматических выключателей: A, B, C и D

Автоматическими выключателями называются приборы, отвечающие за защиту электроцепи от повреждений, связанных с воздействием на нее тока большой величины. Слишком сильный поток электронов способен вывести из строя бытовую технику, а также вызвать перегрев кабеля с последующим оплавлением и возгоранием изоляции. Если вовремя не обесточить линию, это может привести к пожару, Поэтому, в соответствии с требованиями ПУЭ (Правила устройства электроустановок), эксплуатация сети, в которой не установлены электрические автоматы защиты, запрещена. АВ обладают несколькими параметрами, один из которых – время токовая характеристика автоматического защитного выключателя. В этой статье мы расскажем, чем различаются автоматические выключатели категории A, B, C, D и для защиты каких сетей они используются.

Особенности работы автоматов защиты сети

К какому бы классу ни относился автоматический выключатель, его главная задача всегда одна – быстро определить появление чрезмерного тока, и обесточить сеть раньше, чем будет поврежден кабель и подключенные к линии устройства.

Токи, которые могут представлять опасность для сети, подразделяются на два вида:

• Токи перегрузки. Их появление чаще всего происходит из-за включения в сеть приборов, суммарная мощность которых превышает ту, что линия способна выдержать. Другая причина перегрузки – неисправность одного или нескольких устройств.
• Сверхтоки, вызванные КЗ. Короткое замыкание происходит при соединении между собой фазного и нейтрального проводников. В нормальном состоянии они подключены к нагрузке по отдельности.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя – на видео:

Токи перегрузки

Величина их чаще всего незначительно превышает номинал автомата, поэтому прохождение такого электротока по цепи, если оно не затянулось слишком надолго, не вызывает повреждения линии. В связи с этим мгновенного обесточивания в таком случае не требуется, к тому же нередко величина потока электронов быстро приходит в норму. Каждый АВ рассчитан на определенное превышение силы электротока, при котором он срабатывает.

Время срабатывания защитного автоматического выключателя зависит от величины перегрузки: при небольшом превышении нормы оно может занять час и более, а при значительном – несколько секунд.

За отключение питания под воздействием мощной нагрузки отвечает тепловой расцепитель, основой которого является биметаллическая пластина.

Этот элемент нагревается под воздействием мощного тока, становится пластичным, изгибается и вызывает срабатывание автомата.

Токи короткого замыкания

Поток электронов, вызванный КЗ, значительно превосходит номинал устройства защиты, в результате чего последнее немедленно срабатывает, отключая питание. За обнаружение КЗ и немедленную реакцию аппарата отвечает электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником. Последний под воздействием сверхтока мгновенно воздействует на отключатель, вызывая его срабатывание. Этот процесс занимает доли секунды.

Однако существует один нюанс. Иногда ток перегрузки может также быть очень большим, но при этом не вызванным КЗ. Как же аппарат должен определить различие между ними?

На видео про селективность автоматических выключателей:

Здесь мы плавно переходим к основному вопросу, которому посвящен наш материал. Существует, как мы уже говорили, несколько классов АВ, различающихся по времятоковой характеристике. Наиболее распространенными из них, которые применяются в бытовых электросетях, являются устройства классов B, C и D. Автоматические выключатели, относящиеся к категории A, встречаются значительно реже. Они наиболее чувствительны и используются для защиты высокоточных аппаратов.

Между собой эти устройства различаются по току мгновенного расцепления. Его величина определяется кратностью тока, проходящего по цепи, к номиналу автомата.

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.

Защиту от перегрузок в таких линиях обеспечивает реле максимального тока, автоматический выключатель только предохраняет сеть от повреждений в результате воздействия сверхтоков короткого замыкания.

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.

Это позволит соблюсти селективность защитных автоматов (избирательность), и при КЗ в одной из веток не будет происходить обесточивания всего дома.

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:

Заключение

В этой статье мы рассмотрели время токовые характеристики защитных автоматов, классификацию этих устройств в соответствии с ПУЭ, а также разобрались, в каких цепях устанавливаются приборы различных категорий. Полученная информация поможет вам определить, какое защитное оборудование следует использовать в сети, исходя из того, какие устройства к ней подключены.

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели (выключатели, автоматы) являются коммутационными электрическими аппаратами, предназначенными для проведения тока цепи в нормальных режимах и для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов (токов короткого замыкания, токов перегрузки, снижения или исчезновения напряжения, изменения направления тока, возникновения магнитного поля мощных генераторов в аварийных условиях и др.), а также для нечастой коммутации номинальных токов (6-30 раз в сутки).

Благодаря простоте, удобству, безопасности обслуживания и надежности защиты от токов короткого замыкания эти аппараты широко применяются в электрических установках малой и большой мощности.

Автоматические выключатели относятся к коммутационным аппаратам ручного управления, однако многие типы имеют электромагнитный или электродвигательный привод, что дает возможность управлять ими на расстоянии.

Выключаются автоматы обычно вручную (приводом или дистанционно), а при нарушении нормального режима эксплуатации (появление сверхтоков или снижение напряжения) – автоматически. При этом каждый автомат снабжается расцепителем максимального, а в некоторых типах расцепителем минимального напряжения.

По выполняемым функциям защиты автоматические выключатели делятся на автоматы: максимального тока, понижения напряжения и обратной мощности.

Автоматы максимального тока служат для автоматического размыкания электрической цепи при возникновении в ней токов короткого замыкания и перегрузок сверх установленного предела. Заменяя собой, рубильник и плавкий предохранитель, они обеспечивают более надежную и избирательную защиту при нештатных режимах.

Если условия среды отличны от нормальных (влажность воздуха выше 85% и в нем содержатся примеси вредных паров), то автоматические выключатели следует помещать в ящики и шкафы пылевлагонепроницаемого и химостойкого исполнения.

Классификация

Автоматические выключатели подразделяются на:

• установочные автоматические выключатели имеют защитный изоляционный (пластмассовый) корпус и могут устанавливаться в общедоступных местах;

• универсальные – не имеют такого корпуса и предназначены для установки в распределительных устройствах;

• быстродействующие (собственное время срабатывания не превышает 5 мс);

• небыстродействующие (от 10 до 100 мс);

Быстродействие обеспечивается самим принципом действия (поляризованный электромагнитный или индукционно-динамический принципы и др.), а также условиями для быстрого гашения электрической дуги. Подобный принцип используется в токоограничивающих автоматах;

• селективные , имеющие регулируемое время срабатывания в зоне токов короткого замыкания;

• автоматы обратного тока , срабатывающие только при изменении направления тока в защищаемой цепи;

• Поляризованные автоматы отключают цепь только при нарастании тока в прямом направлении, неполяризованные – при любом направлении тока.

Особенности конструкции и принцип действия автомата определяются его назначением и сферой применения.

Включение и выключение автомата может производиться вручную, электродвигательным или электромагнитным приводом.

Ручной привод применяется при номинальных токах до 1000 А и обеспечивает гарантируемую предельную коммутационную способность вне зависимости от скорости движения включающей рукоятки (оператор должен производить операцию включения решительно: начав — доводить до конца).

Электромагнитный и электродвигательный приводы питаются от источников напряжения. Схема управления привода должна иметь защиту от повторного включения на короткозамкнутую цепь, при этом процесс включения автомата на предельные токи короткого замыкания должен прекратиться при напряжении питания 85 – 110% от номинального.

При перегрузках и токах короткого замыкания отключение выключателя производится независимо от того, удерживается ли рукоятка управления во включенном положении.

Важной составной частью автомата является расцепитель , который контролирует заданный параметр защищаемой цепи и воздействует на расцепляющее устройство, отключающее автомат. Кроме того, расцепитель позволяет производить дистанционное отключение автомата. Наиболее широкое распространение получили расцепители следующих типов:

• электромагнитные для защиты от токов короткого замыкания;

• тепловые для защиты от перегрузок;

• комбинированные;

• полупроводниковые, обладающие большой стабильностью параметров срабатывания и удобством в настройке.

Для коммутации цепи без тока или для редких коммутаций номинального тока могут применяться автоматы без расцепителей.

Выпускаемые промышленностью серии автоматических выключателей рассчитаны на применение в различных климатических поясах, размещение в местах с разными условиями эксплуатации, на работу в условиях, различных по механическим воздействиям и по взрывоопасности среды, и обладают разной степенью защиты от прикосновения и от внешних воздействий.

Информация о конкретных типах аппаратов, их типоисполнениях и типоразмерах приведена в нормативно-технических документах. Как правило, таким документом являются Технические условия (ТУ) завода . В некоторых случаях с целью унификации для изделий, имеющих широкое применение и производимых несколькими предприятиями, уровень документа повышается (иногда до уровня Государственного стандарта).

Автоматические выключатели состоят из следующих основных узлов:

• контактной системы;

• дугогасительной системы;

• расцепителей;

• механизма управления;

• механизма свободного расцепления.

Контактная система состоит из неподвижных контактов, закрепленных в корпусе, и подвижных контактов, шарнирно посаженных на полуоси рычага механизма управления, и обеспечивает, обычно, одинарный разрыв цепи.

Дугогасительное устройство устанавливается в каждом полюсе выключателя и предназначается для локализации электрической дуги в ограниченном объеме. Оно представляет собой дугогасительную камеру с деионной решеткой из стальных пластин. Могут быть предусмотрены также искрогасители, представляющие собой фибровые пластины.

Механизм свободного расцепления представляет собой шарнирный 3- или 4-звенный механизм, который обеспечивает расцепление и отключение контактной системы как при автоматическом, так и при ручном управлении.

Электромагнитный максимальный расцепитель тока , представляющий собой электромагнит с якорем, обеспечивает автоматическое отключение выключателя при токах короткого замыкания, превышающих уставку по току. Электромагнитные расцепители тока с устройством гидравлического замедления срабатывания имеют обратнозависимую от тока выдержку времени для защиты от токов перегрузки.

Тепловой максимальный расцепитель представляет собой термобиметаллическую пластину. При токах перегрузки деформация и усилия этой пластины обеспечивают автоматическое отключение выключателя. Выдержка времени уменьшается с ростом тока.

Полупроводниковые расцепители состоят из измерительного элемента, блока полупроводниковых реле и выходного электромагнита, воздействующего на механизм свободного расцепления автомата. В качестве измерительного элемента используется трансформатор тока (на переменном токе) или дроссельный магнитный усилитель (на постоянном токе).

Полупроводниковый расцепитель тока допускает регулировку следующих параметров:

• номинального тока расцепителя;

• уставки по току срабатывания в зоне токов короткого замыкания (ток отсечки);

• уставки по времени срабатывания в зоне токов перегрузки;

• уставки по времени срабатывания в зоне токов короткого замыкания (для селективных выключателей).

Во многих автоматах применяют комбинированные расцепители, использующие тепловые элементы для защиты от токов перегрузок и электромагнитные для защиты от токов коротких замыканий без выдержки времени (отсечки).

Выключатель имеет также дополнительные сборочные единицы, которые встраиваются в выключатель или крепятся к нему снаружи. Ими могут быть независимый, нулевой и минимальный расцепители, свободные и вспомогательные контакты, ручной и электромагнитный дистанционный привод, сигнализация автоматического отключения, устройство для запирания выключателя в положении „отключено”.

Независимый расцепитель представляет собой электромагнит с питанием от постороннего источника напряжения. Минимальный и нулевой расцепители могут выполняться с выдержкой времени и без выдержки времени. С помощью независимого или минимального расцепителя возможно дистанционное отключение автомата.

Условия эксплуатации

Автоматические выключатели выпускаются в исполнениях с разной степенью защиты от прикосновений и внешних воздействий (IPOO, IP20, IP30, IP54). При этом степень защиты зажимов для присоединения внешних проводников может быть ниже степени защиты оболочки выключателя.

Выключатели изготавливают в 5-ти климатических исполнениях и 5-ти категорий размещения, что кодируется буквами У, УХЛ, Т, М, ОМ и цифрами 1,2,3,4,5.

Выключатели рассчитаны для работы в продолжительном режиме в следующих условиях:

• установка на высоте не более 1000 м над уровнем моря (выключатели серии АП50 и АЕ1000 – на высоте не более 2000 м над уровнем моря);

• температура окружающего воздуха от – 40 (без выпадения росы и инея) до +40°С (для выключателей серии АЕ1000 – от +5 до +40°С);

• относительная влажность окружающей среды не более 90% при 20°С и не более 50% при 40°С;

• окружающая среда – невзрывоопасная, не содержащая пыли (в том числе токопроводящей) в количестве, нарушающем работу выключателя, и агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию;

• место установки выключателя – защищенное от попадания воды, масла, эмульсии и т.п.;

• отсутствие непосредственного воздействия солнечной и радиоактивной радиации;

• отсутствие резких толчков (ударов) и сильной тряски; допускается вибрация мест крепления выключателей с частотой до 100 Гц при ускорении не более 0,7 g.

Группы условий эксплуатации электротехнических изделий в части воздействия механических факторов внешней среды определены ГОСТ 17516.1-90. В соответствии с данными каталогов автоматические выключатели предназначены для эксплуатации в группах Ml, М2, МЗ, М4, Мб, М9, М19, М25.

По технике безопасности автоматические выключатели соответствуют ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 12.2.007.6-75, требованиям „Правил устройств электроустановок” и обеспечивают условия эксплуата­ции, установленные „Правилами технической эксплуатации установок потребителем” и „Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителем”, утвержденными Госэнергонадзором 21.12.94 г. В части защиты от токов утечки выключатели соответствуют требованиям ГОСТ 12.1.038-82.

Эксплуатация в нерабочем состоянии (хранение и транспортирование при перерывах в работе) соответствует ГОСТ 15543-70 и ГОСТ 15150-69.

Принцип работы и разновидности электрических автоматов

Установка защитного оборудования — важный этап при построении электрических сетей. В случае возникновения токов большой величины происходит нагрев, вызывающий расплавление изоляционного слоя проводника. Такая ситуация приводит к возникновению пожара. Резкое возрастание величины тока связывают с коротким замыканием, возникающим при работе неисправного оборудования.

Во избежание угрозы возгорания и повреждения проводов применяются различные виды электрических автоматов в зависимости от параметров, используемых совместно с ними электрических приборов.

Принцип работы и разновидности

Принцип работы электрических выключателей заключается в разрыве электрической цепи при появлении короткого замыкания. Или превышение допустимой мощности, на которую рассчитана электрическая сеть. Располагаются электрические автоматы защиты всегда в начале оберегаемого участка цепи. При этом вид подключаемой нагрузки не имеет значения.

По своему виду и параметрическим значениям автоматы разделяют:

• по количеству полюсов;
• по времятоковой характеристике;
• по номинальному току.

Необходимо также отметить класс токоограничения. Это значение характеризуется скоростью реакции устройства на появление нештатной ситуации. Разделение происходит на три класса. Для бытового применения используется третий класс.

Вне зависимости от своих характеристик принцип работы у всех выключателей идентичен. Для подключения автомата к электрической сети необходимо установить управляющий переключатель в положение «включено». Ток, поступая на выключатель, подводится через входную клемму к катушке соленоида, а с неё на биметаллическую пластину. Пластина представляет собой полосу из двух спрессованных металлов с различными коэффициентами теплового линейного расширения. Ток с пластины приходит на выходную клемму и дальше поступает в электрическую цепь. Пластина и соленоид называются расцепителями.

Расцепитель тока — важный элемент конструкции, он может быть:

• электромагнитным (соленоид);
• тепловым (биметаллическая пластинка);
• комбинированным (сочетание теплового и электромагнитного);
• независимым (дистанционно воздействуя на выключатель, производит его отключение).

Существует два условия, при которых электрический выключатель сработает на отключение линии: режим перегрузки и режим короткого замыкания.

Принцип работы в режиме перегрузки основан на способности биметаллической пластинки изгибаться под воздействием тепла. При увеличении мощности на лини ток, протекающий через электрический автомат, растёт, превышая рабочее значение выключателя. В результате расцепитель нагревается, его пластина изгибается, и контакт разрывается. Соответственно, разрывается и электрическая цепь. Подача тока прекращается. Величина тока, при которой пластина разрывает контакт, настраивается в заводских условиях винтом регулировки. После того как пластина остынет, она возвращается в прежнюю форму, и контакт появляется снова.

В режиме короткого замыкания ток возрастает очень быстро, образованное им магнитное поле в соленоиде приводит в движение сердечник. Сердечник воздействует на расцепитель, и электрическая цепь разрывается, при этом появляется дуга. Появление дуги негативно сказывается на внутренних частях автомата, поэтому применяют устройство её гашения. Дугогасительная камера выполняется из параллельно расположенных относительно друг друга пластин, проходя через которые дуга рассеивается.

Таким образом можно отметить основные конструктивные части:

• токовые клеммы;
• расцепитель:
• рычаг управления;
• регулировочный винт расцепителя;
• дугогасящая камера.

Количество полюсов

Количество полюсов обозначает, какое количество проводов можно пропустить через выключатель одновременно. Существуют устройства с количеством выводов от одного до четырёх. Устройство однополюсного выключателя ничем не отличается от многополюсного, только во втором случае при прохождении электрического тока разрываются несколько цепей одновременно.

Однополюсные устройства чаще применяются в бытовых условиях и ставятся в разрыв фазового провода, нулевой подключается напрямую через колодку, как вводный автомат его применение не рекомендуется. Для установки по входу используют двухполюсные автоматические выключатели, к ним одновременно подключают фазовый и нулевой провод. Для использования в трёхфазной сети в качестве вводного применяется уже трёхполюсный автомат. Для защиты четырехфазной электросети, например, включённого по схеме звезда двигателя используется четырехфазный автомат. В таком случае подключается три фазных и один нейтральный провод.

Обычная схема построения защиты на электрических выключателях сводится к установке вводного автомата требуемого количества полюсов. После него устанавливаются однополюсные — по одному на каждую группу. При этом величина номинального тока однополюсного автомата рассчитывается уже исходя из параметров группы, к которой он подключён. Его величина выбирается меньше, чем вводного.

Времятоковая характеристика

Этот параметр обозначает соотношение действительной силы тока, пропускаемого через автомат, к номинальному значению. В зависимости от величины соотношения определяется чувствительность автомата, которая характеризуется числом ложных срабатываний. Существуют автоматы различных видов. Маркируются они буквами латинского алфавита. Наибольшее распространение получили выключатели с маркировкой B, C и D.

Электрические автоматы c характеристикой B отключаются в течение 5−20 секунд. При этом величина тока может превышать значение номинального в пять раз. Эти модели получили широкое распространение в бытовых помещениях. Маркировка C означает интервал выключения 1−10 секунд, при этом нагрузка составляет десятикратное значение. Автоматы D класса применяются для защиты двигателей. Ток срабатывания превышает номинальный в 14−20 раз.

Номинальный ток

Указывает на силу тока, которая может пройти через электрический автомат без его срабатывания. Выпускаются строго определённого значения от 1 до 63 ампер. Всего существует 12 значений: 1A, 2A, 3A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A.

Выбор номинального тока зависит от значения мощности, которую выдерживает электропроводка без повреждения. Это значение определяется сечением провода и материалом его изготовления. В домах наиболее популярные для использования автоматы со значением 6A, 10A и 16A. Автоматы номиналом 20A, 25A, 32A используются в квартирах как вводные, т. е. двухполюсные.

Расположение и размещение

Способ размещения (будь то автомат электрический однофазный или другого типа) строго вертикальный. Неподвижная часть рычага управления должна быть сверху, т. е. включение устройства производится переключением снизу вверх. Устройства размещаются в доступных местах, при этом исключается возможность их механического повреждения.

Наибольшую популярность получило крепление на din рейку. Обычно такая рейка устанавливается в щиток. Электрические выключатели конструктивно имеют специальные пазы, в которые вставляется рейка.

Маркировка автоматов

Какие бывают автоматы, как они маркируются — эти сведения необходимо знать, чтобы правильно выбрать устройство. Вне зависимости от производителя и вида электрических автоматов они всегда имеют маркировку на лицевой стороне. Маркировка производится по единой схеме. В неё входит указание всех основных параметров:

1. Название или логотип производителя.
2. Определение типа. Указывается согласно каталогу или номеру серии изготовителя. Например, ВА 52−39.
3. Величина рабочего напряжения. Значения напряжения переменного тока обозначают символом «~”, постоянного тока «—”. Для автоматических выключателей любого применения ставятся сразу два значка.
4. Рабочий ток наносится без величины измерения в амперах. Перед ним ставится тип соответствующей времятоковой характеристики. Например, обозначение C16 на электрическом выключателе соответствует типу C с рабочим током 16А.
5. Рабочая частота, если автомат используется только с установленной частотой.
6. Рабочая коммутационная способность при коротком замыкании указывается в амперах. Для неспециализированных автоматов величина вписывается в прямоугольник при равенстве переменного и постоянного тока. Например, 5000 A. Если значения разные, то ставятся два прямоугольника с обозначением параметра тока. Например: 20000 ~ 5000~/-.
7. Значком вида IP 20 обозначается степень защиты.
8. Отдельно стоящая цифра от 1 до 3 в прямоугольнике обозначает класс ограничения тока.
9. Выводы электрического выключателя для соединения с нейтральным проводником маркируются буквой N. Выводы для присоединения защитной линии обозначают символом заземления.

На рычаге управления делаются надписи, обозначающие установленное положение, — «вкл.» и «выкл.» или «1» и «0».

Ведущие бренды и производители

Лидерами в производстве автоматических выключателей являются следующие бренды:

1. SIEMENS (Германия).
2. ABB (Германия).
3. Schneider Electric (Франция).
4. Legrand (Франция).
5. Hager (Германия).
6. Schrack Technick (Австрия).
7. Eaton (США).
8. General Electric (США).
9. ETI (Словения).

Это известные бренды, производящие любого вида автоматы электрические. Они отличаются высоким качеством корпуса, большим сроком службы и высокой механической прочностью. Нередко на них дополнительно устанавливаются защитные крышки. Эти производители выпускают свои устройства из добротных материалов. Их качество подтверждается сертификатами и сроком гарантии, которую дают производители на свою продукцию.

Как срабатывает автоматический выключатель переменного тока технические характеристики виды и типы принцип работы

Важными элементами электрической сети являются автоматические выключатели. Они предохраняют проводку от неприятных случайностей: перегрузки или короткого замыкания. Важно правильно выбрать тип элемента, учитывая характеристики автоматических выключателей: A, B, C или D.

Что такое автоматические выключатели

В отличие от предохранителей, эти элементы можно использовать многократно. Первый автоматический разъединитель появился еще в 1905 г. Усовершенствованные элементы используют и сейчас.

Для чего нужны

Автоматические выключатели (АВ) разъединяют электрическую цепь при прохождении тока, превышающего установленное значение. Это обязательные элементы проводки:

• для управления токовыми потоками в электросетях;
• для разъединения цепи в аварийной ситуации.

Иногда для ремонта проводки нужно обесточить линию электропередач. Эту возможность осуществляют путем нажатия тумблера АВ.

Также выключатели применяют для отключения слишком высокого тока или напряжения в электрических цепях.

Возможности проводки ограничены. Для предупреждения перегрева кабельной изоляции и возгорания нужно не превышать предельные показатели шнура и всех элементов цепи. Контроль за соблюдением этого условия осуществляют АВ.

Одним из примеров превышения допустимой нагрузки служит одновременное подключение большого количества мощных приборов при слабой электропроводке. Постоянное срабатывание выключателей-автоматов свидетельствует о необходимости замены кабеля или неправильном подборе АВ.

Неисправность приборов может привести к короткому замыканию. В этом случае отсутствие автоматики или неправильный выбор выключателей бывает причиной пожара.

Кроме того, во время подключения устройств возникает т.н. «стартовый ток» – мгновенный импульс, который может быть большим при одновременном подсоединении нескольких приборов. При этом тоже важен правильный выбор класса устройств автоматического отключения.

Принцип работы выключателей

Принцип действия автоматического электромагнитного расцепителя основан на влиянии электромагнитного поля, создающегося вокруг тороидального проводника во время прохождения электрического тока. Его сила будет тем больше, чем выше величина заряда.

Чтобы понять, как работает АВ, следует рассмотреть приведенный рисунок. Возле центра катушки расположен стержень, который закреплен на пружине. Слишком большой ток, проходящий по виткам тора, создает сильное электромагнитное поле, которое способно преодолеть сопротивление спирали. В результате сердечник втягивается внутрь, увлекая за собой пружину, прикрепленную к подвижному контакту, обрывающему цепь.

Если электромагнитный расцепитель не сработал, вступает в действие тепловой разъединитель, представляющий собой биметаллическую пластину.

Его функцией является отключение цепи при перегрузке. Проходящий ток нагревает тепловой элемент. Поскольку 2 вида металла, из которых он состоит, имеют разный коэффициент расширения, часть пластины выгибается и нажимает на рычаг обрыва линии.

Как устроены – конструкция автоматики

В состав конструкции бытовых выключателей входят 2 расцепителя: тепловой и электромагнитный. Поскольку первый из них реагирует медленно (в зависимости от степени увеличения тока), в устройство входит второй разъединитель для моментальной реакции на большие значения тока при замыкании.

Кроме того, во время срабатывания расцепителей в силу физических явлений образуется электрическая дуга. Для того чтобы этого избежать, в конструкцию АВ входит элемент, состоящий из нескольких пластин. Электрическая дуга раздробляется и гасится в этой камере.

На рисунке ниже показано, как устроен автоматический выключатель.

Все узлы элемента заключены в корпус, изготовленный из пластмассы, не поддерживающей горения.

Характеристики защитных автоматических выключателей и время их срабатывания

Наиболее важные характеристики АВ указывают на его корпусе: вид устройства, номинальный ток, параметры отключения и др.

Класс элемента – А, B, C или D – обозначает его чувствительность к превышению тока. Тем самым этот параметр определяет т.н. «токовременную характеристику» устройства. Она показывает, через какой промежуток времени выключатели приходят в действие при увеличении заряда до установленного уровня. Каждому виду устройства соответствует свой порог срабатывания.

После обозначения класса АВ указывают его номинальный ток. Это значение отражает состояние, при котором выключатель будет работать в нормальном режиме.

При оценке характеристик элемента нужно отличать номинальный ток от предельно допустимого. Первый из них действует постоянно, в течение длительного времени. Второй характеризует допустимые скачки параметров цепи из-за внезапных событий. На корпусе выключателя указывают только номинальный ток.

Кроме того, на корпусе обозначают напряжение, на которое рассчитано устройство.

Иногда в рамке указывают ток отключения – максимально допустимую величину, при которой выключатель будет нормально функционировать и не выйдет из строя.

Более широкий перечень технических характеристик элемента можно найти в документации.

Автоматы MA

Эти выключатели применяются в больших промышленных установках, электромоторах. Их особенность заключается в том, что у них нет механизма теплового расцепления. Для разрыва цепи из-за перегрузок используется реле, включенное в цепь независимо от АВ.

В этом случае автомат только защищает линию от короткого замыкания.

Приборы класса A

Выключатели этого класса используются в приборах, наиболее чувствительных к изменениям электрических параметров, например в полупроводниковых устройствах. Они разрывают цепь при увеличении тока на 30% и более.

Время обрыва сети электромагнитным расцепителем составляет 0,05 секунды при превышении номинальной величины заряда на 100%. Тепловое разъединение произойдет через 20–30 секунд.

Выключатели класса B

Эти элементы включают в отдельные линии электрической проводки. Они срабатывают при возрастании тока в 2–5 раз. Время отключения составляет 0,015 секунды, если по какой-то причине не сработает электромагнитный расцепитель – 3–5 секунд. Чаще всего АВ этого класса применяют в бытовых сетях.

Устройства класса C

Выключатели типа С срабатывают при увеличении тока в 5–10 раз. Чаще всего их используют во входных щитках. Они контролируют не отдельные ветви проводки, а всю электрическую сеть. Время срабатывания составляет 1,5 секунды.

Автоматы класса D

Автоматы этого класса рассчитаны на отключение сети при увеличении тока в 10–20 раз. Чаще всего их применяют в частных домах, где есть установки с мощными электромоторами и высокими пусковыми токами до 1000 А.

Защитные приборы класса K и Z

Эти элементы используют в промышленности. Они рассчитаны на превышение тока до 6300 А.

Свойства выключателей классов K и Z обусловлены характером протекающего тока – переменный он или постоянный. Причем характеристики устройств типа K сильнее зависят от этих условий.

Как подобрать автоматический выключатель

В зависимости от предназначения, требования, предъявляемые к электросетям, могут отличаться. Важно правильно подобрать виды и типы автоматов, чтобы они не только функционировали, но и не причиняли неудобств.

При покупке АВ нужно учитывать некоторые нюансы. Все характеристики рассчитаны на нормальные условия окружающей среды – температуру воздуха +25°C и нагрев проводов в +65°C.

Однако в более холодных помещениях увеличение происходит дольше. Соответственно, выключатель не будет срабатывать даже тогда, когда ток достиг значений больше допустимых.

В более высокой температурной среде – например у проводки, находящейся под утеплителем – кабели нагреваются быстрее. Это может привести к ложным срабатываниям ВА.

Кроме того, изоляция проводов, находящихся при температуре 65°C, подвержена быстрому старению.

В нормах ПУЭ есть таблица предельных токовых нагрузок. Однако при прокладке электросети и покупке АВ нужно учитывать условия эксплуатации.

Кроме того, лучше выбирать чуть более низкие значения предельно допустимого тока для предотвращения преждевременного старения изоляции.

В первую очередь, нужно определить тип нужных выключателей. В электрической сети используют одно-, двух-, трех- и четырехфазные устройства. В бытовой проводке чаще всего применяются элементы с 1 или 2 полюсами. В первом случае к фазной клемме подключаются электромагнитный и тепловой расцепители, а во втором – есть еще 1 контакт для нулевого провода.

У трехфазных АВ к каждому из токопроводящих контактов подключаются свои электромагнитные и тепловые расцепители. У четырехполюсного устройства в дополнение к ним есть свободная клемма, которая соединяется с нулевым проводом.

Расчет номинального тока

Основной характеристикой АВ является номинальный ток. Для бытовых электросетей с целью расчета этой величины допускается применение упрощенных формул:

• Iн=P*4,55 – для однофазной сети;
• Iн=P*1,52 – для трехфазной проводки.

В этих формулах P означает мощность сети. Ее легко найти, зная потребляемую мощность всех электроприборов и освещения.

Пример расчета показателя Р:

В доме имеются пылесос на 850 Вт, утюг на 2100 Вт, кофеварка на 800 Вт, 4 лампочки по 100 Вт и 8 лампочек по 40 Вт.

При расчете используют коэффициент спроса, который учитывает, что в большинстве случаев не все приборы работают одновременно. При суммарной мощности до 5 кВт его принимают равным 1. В противном случае используют таблицу:

Учитывая, что 1000 Вт = 1 кВт, в рассматриваем примере электроприборы потребляют:

Р1 = (0,85+2,1+0,8)*0,8 = 3 кВт.

Сеть электроосвещения использует:

Р2 = (4*0,1+8*0,04)*1 = 0,72 кВт.

Таким образом, общая мощность всей бытовой электросети составляет:

Р = Р1 + Р2 = 3+0,72 = 3,72 кВт.

Можно определить ток выключателя, исходя из потребляемой мощности, по таблице:

Выбирая автомат для электропроводки, можно выбрать значение номинального тока соответственно диаметру сечения кабеля по таблице:

Тип электромагнитного расцепителя

Класс элемента определяет место применения, поставленная цель. Нужно учитывать, что все электробытовые приборы при включении создают кратковременный скачок напряжения, т.н. «стартовый ток». При одновременном запуске нескольких устройств общее значение этого показателя может попасть в зону действия выключателя и вызвать его срабатывание. Чтобы устранить ложные отключения, лучше использовать АВ с нужной токовременной характеристикой.

Читайте также: Лучшие программы для рисования электрических принципиальных схем: как бесплатно начертить схему разводки дома

Короткое замыкание и чему равен его ток

Короткое замыкание – это соединение фазного провода с заземленным напрямую. Теоретически его ток равен бесконечности, поскольку протеканию заряда ничто не противостоит. Но в реальности сам шнур, которым соединены контакты, тоже имеет некоторое сопротивление.

Оно зависит от длины провода, его толщины и т.п. Поэтому ток короткого замыкания хоть и большой, но имеет конечное значение.

Коммутационная стойкость

Во время соединения контактов происходят процессы, которые постепенно их разрушают. Все выключатели рассчитаны на ограниченное количество срабатываний. Этот параметр определяет механическую и электрическую стойкость элемента. После превышения числа включений устройство может выйти из строя, т.к. произошел его износ. В этом случае АВ придется менять.

Класс токоограничения

На корпусе автомата в квадратной рамке часто указывают цифру от 1 до 3, характеризующую временной интервал, в течение которого не допускаются разрушения из-за короткого замыкания.

Селективность

Часто от АВ требуется селективность – т.е. избирательное отключение только одной ветки цепи, ближайшей к выключателю. Правильным подбором устройств можно добиться максимального соблюдения этого условия.

Но это не всегда возможно. Когда ток превышает значения для срабатывания входного автомата в щитке и выключателя отдельной линии, невозможно предугадать, какой из них подействует раньше. Поэтому полной селективности достигнуть нельзя.

Разновидности защитных сетевых устройств

По конструктивному исполнению существует несколько типов защитных устройств:

• малогабаритные устройства;
• воздушные элементы;
• закрытые АВ;
• УЗО.

Небольшие модели

Маленькие аппараты предназначены для использования в цепях с небольшой нагрузкой. Они рассчитаны на протекание тока от 4,5 до 15 А. Такие элементы в большинстве случаев применяют в бытовых сетях. Это модульные устройства, размеры которых стандартизованы. Их ширина кратна 1,75 см. Благодаря заранее известной величине выключатели такого типа легко крепить на специальную планку – DIN-рейку.

Воздушные открытые устройства

Эти устройства применяют в мощных сетях. Чаще всего они используются в промышленности. Большинство из них трехфазные.

Воздушные АВ можно располагать в специальных шкафах снаружи здания. Но их главное преимущество – возможность изменять характеристики устройств, подстраивая их с помощью вставок.

Закрытые автоматические выключатели

АВ закрытого типа используют для эксплуатации в тяжелых условиях. Их корпус изготовлен из литого металла и герметичен. Такие автоматы применяют для контроля функционирования моторов заводских станков, а также другого мощного оборудования, поскольку они могут выдерживать большой ток.

Приборы защитного отключения

Функция разрыва сети используется и для ограждения человека от удара электрическим током. В этих целях применяют УЗО – устройства защитного отключения. Их задача – предотвратить ток утечки из-за попадания влаги или случайного соединения корпуса с фазным проводом.

Есть приборы, которые соединяют в себе задачи автоматического разъединителя и УЗО – дифференциальные выключатели. Они исключают токи перегрузки и короткого замыкания, а также контролируют утечку, т.е. то, от чего защищает УЗО. Чаще всего дифавтоматы применяют в отдельной ветке электрической цепи, подключенной к мощному устройству: духовке, кондиционеру, нагревателю и т.п.