Содержание:

С самого начала использования электроцепей на бытовом и промышленном уровне, возникла проблема защиты линий от токовых перегрузок. Это необходимо для сохранения приборов, бытовой техники, всех элементов в цепи от разрушения в случае короткого замыкания, в том числе и самих проводов. При токах, превышающих расчетное сечение проводов, изоляция и токопроводящая структура металла плавятся, чтобы этого избежать, цепь надо немедленно отключить от источника питания. К каждому участку цепи дежурного электрика не приставишь, отключения должны происходить в автоматическом режиме. Было придумано много способов: тепловые реле, биметаллические пластины, плавкие предохранители и другие. Последние приборы, которые сейчас эффективно используются в электросетях, - это автоматические выключатели.

Общие понятия и область применения

Конструктивно это обычное устройство коммутации, переключатель, положение которого можно устанавливать вручную (включено или выключено). Но этот прибор предусматривает автоматическое отключение при превышении номинального тока, проходящего через контакты. Повышенный ток может возникнуть при подключении электроприборов, потребляющих большую мощность, или коротком замыкании в цепи неисправных электропотребителей.

В производственных, жилых, административных зданиях и других сооружениях автоматы устанавливаются в распределительных щитах. Но производители бытовой техники, различного электрооборудования на своих изделиях тоже включают в схему автоматические выключатели, это является дополнительной защитой. Бытует ошибочное мнение, что автоматические выключатели защищают обслуживающий персонал от поражения электрическим током. Для этого в цепи устанавливается УЗО (устройство защиты от прикосновения), конструкция и принципы работы которого требуют отдельного более детального рассмотрения. Обычные автоматы защиты выполняют следующие функции:

• коммутацию, подключение и выключение в ручном режиме;
• автоматическое отключение цепи при токах, превышающих установленное значение;
• практически мгновенное отключение при очень высоких токах короткого замыкания.

Получается, что эти приборы выполняют опции управления и защиты электросети, главная задача - исключить перегрев проводов и плавление изоляции, за которыми следует короткое замыкание. В итоге превышения токовых перегрузок может возникнуть возгорание со всеми вытекающими последствиями.

Виды автоматических выключателей

Все автоматические выключатели можно разделить по конструктивному исполнению и величине пропускаемого тока:

• Воздушные автоматические выключатели - способны пропускать в рабочем режиме токи в тысячи ампер, поэтому используются на промышленных объектах с потреблением большой мощности электроэнергии.

• Автоматы в литом корпусе - имеют широкий диапазон рабочего тока от 16 до 1000 А, поэтому они универсальны, широко применяются на бытовых и промышленных объектах.

• Модульные автоматы выключения - такие изделия наиболее востребованы на бытовом уровне, используются для защиты электрических цепей в квартирах, частных домах и других объектах хозяйственного назначения, где используется электричество.

Производители делают изделия одного размера со стандартными креплениями на -рейку, но разные по номиналам рабочего тока: 1, 2, 3, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40 А и более.

Кроме разных величин рабочего тока, автоматические выключатели отличаются количеством полюсов, подключаемых к ним:

• Однополюсные автоматы защищают участок цепи от распределительного щита до потребителя электроэнергии (до розетки или лампочки). Однофазный автомат повышает надежность работы, но не гарантирует полной защиты цепи от фазы из РЩ через нагрузку до нулевой шины в РЩ.

Чтобы повысить надежность защиты участка цепи, надо защитные автоматы устанавливать на оба полюса (на фазный и нулевой провод в распределительном щите).

• Двухполюсный защитный автомат осуществляет полное отключение однофазной цепи (разрывается фазный и нулевой провода).

Такие автоматы применяют в сетях, где подключаются нагревательные электроприборы большой мощности, кухонные плиты, кондиционеры и сплит-системы. Используются в трехфазных сетях, где приборы рассчитаны на напряжение 380 В;

• Трехполюсный электрический автомат устанавливается в трехфазной сети четырехпроводного кабеля. При эксплуатации электроприборов, подключаемых по схеме звезда или треугольник (электродвигатели), фазы проходят через автомат защиты, а нулевой провод минует его. При превышении установленного значения тока или температуры на одной из фаз отключаются все три.
• Четырехполюсный электрический автомат чаще всего используется как вводный автомат для защиты сети, к которой подключен электродвигатель большой мощности по схеме звезда.

При аварии на одной из фаз сеть полностью обесточивается, защитные автоматы отключают все четыре провода от источника питания.

Основные технические характеристики

Независимо от марки автоматического выключателя важными для всех являются следующие электрические параметры:

• максимально допустимое и рабочее напряжение;
• максимально допустимый рабочий ток;
• допустимая мощность;
• величина тока отключения расцепителя;
• время срабатывания расцепителя при превышении порогового значения тока;
• предельно допустимая температура проводников;
• время срабатывания автоматического выключателя при достижении пороговой температуры на биметаллической пластине и многие другие параметры, которые важны при выборе автоматического выключателя.

Профессионалы хорошо знают основные технические характеристики защитных автоматов различных моделей, у них не возникает вопросов, как выбрать автоматы защиты. Для потребителей на бытовом уровне, чтобы не вдаваться в сложные графики и физические формулы, достаточно знать перечисленные выше значения и следующую классификацию:

В – автоматический выключатель этой категории срабатывает при превышении номинального значения токов в 3–5 раз. Они эффективны при использовании на объектах со старой проводкой;

С – электрические автоматы этой категории срабатывают при превышении рабочей токовой нагрузки в 5–10 раз, их можно применять в новостройках, где установлена новая проводка с медными проводами;

D – автоматический выключатель с минимальным временным интервалом срабатывания при превышении пороговой температуры и тока. Отключение происходит мгновенно, что надежно защищает от перегорания обмоток электродвигателей.

Конструкция, основные элементы и принцип работы

Все рассмотренные виды автоматов имеют различные размеры, конструктивные особенности, технические характеристики, но принцип работы и основные элементы у них одинаковы. Поэтому рассмотрим, как работает панельный однополюсный электрический автомат.

Чем выше ток, больше температура, тем сильнее изгибается пластина, воздействуя на механизм размыкания контактов.

Основные характеристики автоматических выключателей указываются производителями на корпусе.

Если вам сложно ориентироваться, выбирая автоматы защиты, в терминологии технических характеристик, проконсультируйтесь у продавца или попросите грамотного специалиста помочь выбрать нужный автоматический выключатель.

Современная проводка становится все более сложной, и, бывшие раньше простыми, электрические щитки квартир напоминают щиты автоматики. Большую часть щитов занимают автоматические выключатели. Но зачем ставить такое количество автоматов, а не использовать один, как в старые добрые времена?

Вот тут нужно для начала понять, какую роль играет автоматический выключатель, и что же он защищает.

Итак, любой автомат защищает прежде всего линию после себя. То есть правильно выбранный автомат не позволит проводке загореться или даже просто повредиться изоляции от перегрева. Вот теперь можно рассмотреть связь автомата с сечением отходящего кабеля. Возьмем самые распространенные сечения кабеля в бытовой проводке: 1.5 и 2.5 мм^2. Для них максимальная длительная нагрузка будет соответственно 18 и 25 А при прокладке в стене не в пучках. Но, зная что параметры кабелей не всегда соответствует написанному, и что кабель может идти по 2-3 рядом, будем считать максимально допустимым ток для 1.5 мм^2 - 10А и для 2.5 мм^2 - 16А. Т.е. устанавливая на эти кабели соответствующие автоматы, мы гарантированно защищаем их от повреждения при перегрузке или коротком замыкании. Далее мы увидим, зачем закладывать такой запас.

Но, это еще не все. Наверняка многие наблюдали картину, что при коротком замыкании вышибает не только автомат, защищающий эту линию, но и стоящий перед этим автоматом. Неприятная ситуация. Например, вы играете в свою любимую игрушку, на кухне коротит чайник, вышибает кухонный автомат вместе с вводным, вырубается комп. И хотелось бы, чтобы этого не происходило.

Для этого необходимо обратить свое внимание на характеристику автомата. Что это такое, и с чем ее едят? Любой автомат не отключает нагрузку при небольшом превышении номинального тока сразу. Т.к. в автомате есть два механизма отключения - тепловой и электромагнитный расцепитель. Тепловой представляет собой биметаллическую пластину, которая реагирует на небольшие превышения тока и, по прошествии определенного времени (зависит от окружающей температуры и тока), разрывает цепь. Электромагнитный же реагирует на сильное превышение тока от номинального. Так вот характеристика автомата - это как-бы его чувствительность, т.е скорость реакции.

Как видно из диаграммы, при токе выше номинального в 3 раза автомат с характеристикой В отключит линию за 0.1 Сек, а с характеристикой С - уже почти через минуту.

И если выбирать автоматы, рассчитывая на максимальный ток через провода, то прежде, чем сработает защита, провод может разогреться до критической температуры и загореться.

Таким образом, варьируя характеристики автоматов, можно добиться их селективности, т.е. не одновременного отключения. На линии ставим с характеристикой В, а на вводе с характеристикой С. В принципе, если энергосбыт выделил вам недостаточно мощности, то можно в качестве вводного автомата поставить автомат с характеристикой D, тем самым можно рассматривать это увеличением мощности на 1 ступень:-)

Для простоты приведу таблицу времени стабатывания от номинального тока.

Ну вот в общем то и все. Эта статья не ставила целью описывать работу и устройство автоматов, также как не было желания научить выбирать провода. Я просто постарался объяснить Вам, что стоит за автоматом, и почему не нужно бездумно их ставить со словами чем больше, тем лучше.

Как работает автоматический выключатель

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 .

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.

Автоматические выключатели защищают линии электросети (попросту — провода) от перегрузок, вызванных подключением к ним большого числа нагрузок (например, бытовых приборов). Эти перегрузки значительно сокращают срок службы линий, способны вывести линии из строя и могут послужить причиной пожара. Широко распространено заблуждение о том, что автоматический выключатель служит для защиты бытовых приборов от перегрузок сети (причем, очень часто не уточняется, от каких именно перегрузок). Это неверное представление порождает массу ошибок при выборе номинала автоматического выключателя. Зачастую, при замене или установке автоматического выключателя его номинал выбирается наобум из принципа "помощнее и подешевле". На самом деле автоматический выключатель защищает не приборы, а линии электросети от перегрузок по току, поэтому расчет автомата, защищающего линию, должен вестись исходя из параметров линии (то есть, первоначально, из характеристик кабеля). К примеру, можно привести случай, когда на линию, выполненную из старого алюминиевого кабеля сечением в 1,5мм. ставился автомат номиналом в 40А. Тепловые перегрузки на этой линии привели к тому, что срок службы данного кабеля вместо 20 лет сократился до 2-х месяцев, после чего потребовалась полная замена кабеля. Совершенно понятно, что замена кабеля удовольствие несоизмеримо более дорогое, чем правильный выбор автомат. защиты.

2) Автоматические выключатели. Предназначение.

Автоматические выключатели обычно называют просто "автоматы". Они предназначены для защиты электрических сетей от перегрузки и коротких замыканий. В прошлом функции автоматов выполняли пробки, в которые вставлялись предохранители. Основное преимущество автоматов в том, что для их повторного включения достаточно поднять рычажок, т.е. не нужно менять предохранитель, как в пробках.

Основные характеристики автоматов - номинальный ток и класс срабатывания.

Обе эти характеристики всегда указываются на корпусе автомата, например: C16, B6, D32.

• Номинальный ток характеризует значение силы тока, который автомат способен пропустить (измеряется в амперах).
  При превышении этой величины, автомат срабатывает и размыкает цепь. Автоматы выпускаются со следующими стандартными значениями номинального тока: 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100А.

• Класс срабатывания характеризует кратковременное значение тока, при котором автомат НЕ сработает.
  Существуют классы срабатывания «B», «C» и «D».
  Автоматы класса «B» применяются в сетях без больших скачков напряжения (в диапазоне от 3 до 5 значений номинального тока).
  Автоматы класса «C» чаще всего применяются в квартирах, офисах и коттеджах. Они рассчитаны на токи в 5-10 раз превышающие значение номинального тока.
  Тип «D» используют в сетях, где допускается токи от 10 до 50 значений номинального тока.

В домашних условиях обычно используют офнофазные (однополюсные) автоматы. Они служат для размыкания фазного проводника. Реже используют двухфазные (двухполюсные) автоматы и автоматы типа «фаза + нейтраль». Они одновременно размыкают фазный (L) и нулевой (N) провода.

Трехфазные (трехполюсные) и четырехфазные (четырехполюсные) используются, как правило, в промышленных установках с напряжением 380 Вольт.

Как правило, количество модулей, занимаемых автоматом на din-рейке соответствует количеству фаз.

3) Как выбрать автоматический выключатель?

В домашних условиях рекомендуется ставить входной автомат и отдельный автомат на каждую линию (например, на кухню, на санузлы, комнаты и т.д.). Как уже было написано выше, для дома рекомендуется использовать автоматы с классом срабатывания «С».

При выборе номинального тока следует учитывать качество проводки и суммарную мощность электроприборов, которые планируется подключать. При этом номинальный ток автомата обязательно должен быть меньше максимального тока, который может выдержать провод. Так, например для медного провода сечением 2,5кв. мм рекомендуется подключать автомат не более 20А, а для 4кв. мм - 32А.

4) Опасные ошибки.

Более 20 лет назад часто использовалась алюминиевая проводка с сечением 1,5 кв.мм. Для такой проводки нужны автоматы не более 6А.

Сегодня, когда мы используем стиральные и посудомоечные машины наравне с электрочайниками такие автоматы могут часто срабатывать. Серьезной ошибкой в этом случае является использование автоматов с более высоким номинальным током (например, 16А), поскольку они не будут выключаться и может показаться, что проблема решена.

Но на самом деле при использовании такого автомата с такой проводкой резко возрастает опасность короткого пожара из-за слишком высокой нагрузки на проводку. Большая доля бытовых пожаров происходит по причине неправильного использования автоматических выключателей.

Нужно помнить, что автомат не защищает человека от поражения электрическим током.

Наверняка многие из нас задумывались, почему автоматические выключатели так оперативно вытеснили из электросхем устаревшие плавкие предохранители? Активность их внедрения обоснована рядом весьма убедительных аргументов, среди которых возможность купить этот вид защиты, идеально соответствующий время-токовым данным конкретных видов электрооборудования.

Сомневаетесь, какой именно автомат вам нужен и не знаете, как правильно его выбрать? Мы поможем найти верное решение – в статье рассмотрена классификация этих устройств. А также важные характеристики, на которые следует обратить пристальное внимание при выборе автоматического выключателя.

Чтобы вам было проще разобраться с автоматами, материал статьи дополнен наглядными фото и полезными видеорекомендациями от специалистов.

Автомат практически моментально отключает вверенную ему линию, что исключает повреждение проводки и питающейся от сети техники. После выполненного отключения ветку можно сразу же вновь запустить, не производя замену предохранительного прибора.

Если вы обладаете знаниями или опытом выполнения электромонтажных работ, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте ваши комментарии о выборе автоматического выключателя и нюансах его установки в комментариях ниже.