Устройство и технические характеристики электрического автомата

Для выключения, проведения и отключения токов в цепи используется специальное устройство – автоматический предохранитель. Прибор работает в условиях заданного времени или ненормированных явлений электроцепи – коротких замыканий, скачков напряжения.

Особенности и функции

Автоматический выключатель

Выключатель является коммутационным прибором, защищающим кабельную линию от критического значения токов. Он выполняет следующие функции:

• предотвращение повреждений жил проводников при замыкании фазы или земли,
• коммутация участков цепи – включает и выключает отдельные зоны,
• защита от перегрузки при включении мощного оборудования в общую сеть,
• выключение сетевого питания при появлении токов короткого замыкания с предельными значениями.

Коммутационные аппараты управляются вручную, при помощи электромагнитного привода или электродвигателя.

Устройство автомата

Устройство автомата

Электрический автоматический предохранитель выпускается в одно, двух-, трех- и четырехполюсном исполнении. В состав изделия входят следующие узлы:

• контактная система – трехступенчатая, двухступенчатая, одноступенчатая,
• дугогасительная система – состоит из камер с узкими отверстиями, с дугогасительными решетками или комбинированных камер,
• привод расцепителя,
• вспомогательные контакты.

Также у автоматических предохранителей имеются расцепители – реле с прямым действием.

Виды расцепителей

Автомат оснащается двумя типами расцепителей:

• Электромагнитный, защищающий электрическую цепь от замыканий. Имеет вид катушки с центральным сердечником на пружине. При прохождении токов образуется электромагнитное поле, притягивающее сердечник к катушке.
• Тепловой, предотвращающий воздействие на электроцепь токов перегрузки. Выполняется как биметаллическая пластина из двух материалов с различным коэффициентом расширения в момент нагрева.

Перегрузка возникает, когда на линию подкидывается электрооборудование с нагрузкой, выше допустимой для данной сети.

Принцип работы

Устройство автомата обеспечивает специфику его работы. Рассмотреть принцип действия прибора стоит на примере однополюсной модели:

1. На верхнюю клемму подключается кабель от линии питания, на нижнюю – провода потребителей.
2. Для включения необходимо ставить ручку в верхнее положение, для отключения – в нижнее.
3. В момент включения механизмом взвода направляется подвижный контакт к неподвижному. Сцепка соединяется.
4. Соленоидный расцепитель-электромагнит функционирует по принципу выталкивания сердечника из центра катушки электромагнитным полем.

   Принцип работы автоматического выключателя

5. Цилиндрический сердечник из металла надавливает на рычаг механизма расцепления.
6. За счет гибкой перемычки катушка контактирует с подвижным элементом. Его положение регулирует резьбовой винт.
7. Неподвижный контакт, подкинутый на верхнюю клемму, выступает в качестве упора для подвижного. Он же замыкает цепь при взводе механизма расцепления.
8. Контакты автоматически выключаются при повышенной токовой нагрузки. О разрыве цепи свидетельствует искрение. Искры гасит дугогаситель. Дым и остаточные газы выводятся через специальный канал.
9. Тепловым расцепителем дублируются все этапы работы электромагнитного сердечника. Разница заключается в выталкивании рычага выгнутой биметаллической пластиной.

Чем больше повышается значение тока, тем сильнее выгибается пластина.

Работа в нормальном режиме

В неаварийном режиме автомат работает иначе. Ручка управление поднята вверх, а ток поступает на устройство через кабель питания. Проводник подкинут на верхнюю клемму. Затем ток направляется на неподвижные контакты, оттуда – на подвижные. На соленоидную катушку токи подаются через гибкий кабель. После нее поступают на биметаллический элемент, оттуда – на винтовую клемму внизу, а дальше – в электроцепь, к которой подключена нагрузка.

Условия использования

Воздушный автоматический выключатель

Силовой предохранительный автомат выпускается в 5 климатических категориях и рассчитан на эксплуатацию при следующих условиях:

• монтаж на высоте до 1000 м над уровнем моря,
• температура воздуха снаружи от -40 до +40 градусов без учета инея и росы,
• относительная влажность воздуха 90 % (+20 градусов) и 50 % (+40 градусов),
• помещения без пыли, агрессивной концентрации паров и газов, на улице нет взрывоопасной среды и пыли,
• монтаж на поверхности, куда не достанут капли воды, масла, частицы радиации.

Зависимость эксплуатационных параметров выключателей от условий окружающей среды прописана в ГОСТ 17516.1-90.

Классификация приборов

На основании классификации ПУЭ пользователи могут подобрать устройства одной из категорий.

МА

Выпускаются без теплового расцепителя. Модели подходят для сети, к которой подключаются мощные агрегаты. В качестве защиты от перегрузки применяется реле максимального тока. Предохранитель защищает линию от сверхтока при коротком замыкании.

Класс А

Автомат класса А

Чувствительные модификации со срабатыванием теплового расцепителя при повышении силы тока на 30%. Автоматы отличаются:

• катушкой, обесточивающей сеть за 0,05 сек при превышении нормальных показаний,
• биметаллическим элементом – выключает питание через 20-30 сек.

С помощью приборов организуется соединение цепей с полупроводниками.

Класс В

Защитное устройство класса В

Оборудование подойдет, если у вас частный дом или квартира. Применяется для подключения к розеточным, осветительным линиям. Характеризуется:

• срабатыванием электромагнитного расцепителя при увеличении показаний на 200 % за 0,015 сек,
• срабатыванием пластины из биметалла через 4-5 сек.

Пусковое значение тока для такого устройства должно быть минимальным.

Класс С

Автомат класса С

Автоматический селективный прибор можно поставить в бытовой сети. Электромагнитный узел срабатывает при превышении номинального тока в 5 раз. Тепловой расцепитель становится активным через 1,5 сек. Устройства класса С используются на вводе.

Класс Д

Применяются для организации общей электролинии в качестве резервной защиты. Срабатывают, когда основное оборудование не может своевременно обесточить питание. Номинал электротока должен превысить норму  10 раз.

Классы K и Z

Время срабатывания зависит от типа тока в сети с индуктивным типом нагрузки. Переменный ток должен быть больше нормы в 12 раз, постоянный – в 18. Электромагнитный соленоид активируется через 0,02 сек, тепловой узел – при увеличении тока на 5 %.

Характеристики автоматических предохранителей

Дифференциальный прибор необходимо подбирать на основании номинального предела отключения, количеству полюсов, время-токовому показателю и номиналу тока срабатывания.

Номинальная отключающая способность

Данная ТТХ автомата указывает диапазон, при котором он разомкнет проводку для обесточивания ее и потребителей. По номинальной отключающей способности бывают приборы:

• на 4,5 кА – применяется в качестве защиты силовой линии частного дома. Сопротивление кабеля равно 0,05 Ом, предел тока – 500 А,
• на 6 кА – устанавливается в жилом секторе или общественных зданиях с сопротивлением 0,04 Ом и пределом тока 5,5 кА,
• на 10 кА – защищают промышленные установки, поскольку ток до 10 000 А возникает в короткой магистрали, проложенной от подстанции.

Для бытового использования подходят модели на 6 кА.

Количество полюсов

Четырехполюсный автоматический выключатель класса D

По данному параметру можно установить количество проводов для подключения. Существует 4 модификации:

• Однополюсные. На выключатель можно подкинуть кабели отвода и питания, но он защитит только от возгорания. Нейтраль размещается на нулевой шине в обход автомата. При выключении разрывается фаза.
• Двухполюсные. Одновременно обесточивают всю проводку. Применяются, когда подключается однофазный прибор (бойлер, водонагреватель). К нему автомат подсоединяется 2-мя проводами питания и 2-мя проводами отвода.
• Трехполюсные. Используются, когда в сети трехфазный или четырехфазный тип питания. Соединяются по схеме треугольника или звезды.
• Четырехполюсный. Прибор, необходимый для 6 проводов (3 – фаза, 3 – защита). Допускается подключение на 8 кабелей (4 – фаза с нейтралью, 4 – отводящие, т.е. фазный и нулевой).

Четырехполюсник применяется для токообеспечения промышленного оборудования.

Время-токовый показатель

Время-токовые характеристики автоматических выключателей

Величина, при которой автоматическое устройство отключит сеть до достижения критической отметки. Срабатывание происходит:

• за 10 и более мс,
• за 6-10 мс,
• за 2,5-6 мс.

Чем больше категория, тем меньше нагревается сетевой кабель.

Номинал рабочего тока

Номиналы автоматов по мощности

Характеристика, определяющая скорость срабатывания прибора при увеличении тока над номинальным показателем. На рынке присутствуют модификации:

• 1 и 2А – обеспечивают электричеством малое количество приборов с суммарной мощностью не больше возможностей устройства,
• 3А – промышленный вариант при треугольном трехфазном подключении,
• 6А, 10А и 16А – применяются для запитки отдельных комнат и квартир,
• 16А – имеют 3 или 4 полюса, устанавливаются на вводе при трехфазном питании,
• 20А, 25А, 32А – устанавливаются для защиты квартир с большим количеством бытовой техники,
• 40А, 50А, 63А – высокомощные приборы для промышленных и строительных линий.

Используйте для квартиры модификацию 25А на вводе.

Автомат на 6, 16, 40 или 20 Ампер выпускается в закрытом или открытом корпусе, устанавливается на стену, в специальную нишу или комбинированным способом. При установке в распределительный шкаф фиксируется на дин-рейке. Производители выпускают модели с механическими крепежами или без них.

Особенности электронных предохранителей и ограничителей тока

Автоматический предохранитель старого типа

Плавкий предохранитель устаревшего типа подергается нагреву при токовом воздействии. Некоторые пользователи ставят в щитке перемычку для автомата. Массивное изделие нарушает нормальную работу аппаратуры, становится причиной пожара.

Для многократной защиты применяют электронный предохранитель с функциями:

• самовосстановления цепи после устранения источника поломки,
• восстановления сети после вмешательства человека.

Устройства могут оповещать о неисправностях при помощи звуковых и световых сигналов.

Второй вариант защиты – ограничитель величины тока. Для этого применяется одномодульный генератор стабильного тока. Величину ограничения задают производители. Она не повысится, даже когда часть цепи или вся линия подверглись короткому замыканию.

Стабилизаторы с тиристорами и датчиками тока включаются в момент повышения нагрузки. Тиристор шпунтирует цепь так, что напряжение на выходе становится нулевым.

Сколько автоматических выключателей можно использовать

Расчет групповой утечки тока

В одном электрощите нельзя устанавливать выключатель дифтока групповой сети со значением более 30 мА. ПУЭ не запрещают подключение нескольких автоматов при условии, что не будет утечки тока. Перед началом работ следует вычислить групповую утечку.

1. Переменным резистором измерить фактически показатель.
2. Рассчитать теоретическую величину на основании п. 7 ПУЭ – на 1 А нагрузки приходится 0,4 мА и 10 мкА на 1 м кабеля.

Чтобы подобрать правильное количество УЗО, понадобится:

1. При подключении, к примеру, 3-х УЗО на 16 А каждый сложить величины.
2. Получившееся значение умножить на 0,4 мА.
3. Подсчитать метраж провода по схеме квартиры и умножить на 10 мкА.
4. Сложить величины и узнать утечку.

П. 7.1.83 ПУЭ сообщает, что максимальная утечка не должна превышать максимальный предел дифтока УЗО, что равняется 10 мА.

Сколько проводов допускается подключать на один автомат

На одно устройство допускается подключать не больше 2-3 проводников с одинаковым сечением. Если в щитке стоит одно УЗО и два автомата, организуется 2 магистрали. При наличии разности сечений кабеля делают скрутку и зажимают ее.

При отсутствии возможности объединения жил до распределительного щита их скручивают в коробе и подают на автоматы 1-2 кабеля. На дин-рейку требуется установить модульные клеммы с защелками и запитать их от выключателей. Такое решение предусматривает наличие дополнительного места в распредкоробе.

Автоматический выключатель на входе в квартиру или дом обеспечивает безопасность домашней электросети. Аппарат своевременно отключает питание при превышении заданного порога параметров. Такая защита предотвращает аварии, поломки бытовой техники и травмы пользователя.