Автоматические выключатели что это такое

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.

Назначение автоматического выключателя

Автоматический выключатель – это контактный коммутационный аппарат, позволяющий стабилизировать напряжение в электросети. Его устанавливают, чтобы защитить кабели, провода, а также электроприборы от короткого замыкания (к.з.) и перегрузки.

При установке данного устройства следует помнить, что оно не предназначено для защиты человека от поражения электрическим током.

Автоматический выключатель. Устройство

Модульный выключатель автоматический 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.

Автоматический выключатель: принцип работы

Как работает автоматический выключатель? В разных режимах механизм действия будет отличаться. Ниже рассмотрим каждый из них.

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.

3. Перегрузка.

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 показана конструкция автоматического выключателя и как он работает.

Автоматические выключатели: типы, характеристики и цены

Автоматический выключатель — это коммутационный электрический аппарат, который предназначен для приема и дальнейшей передачи электроэнергии в нормальном режиме работы электрической цепи, отключения электроснабжения потребителей в случае возникновения аварийного режима работы (токовая перегрузка, короткое замыкание (КЗ), снижение величины напряжения ниже допустимого уровня), нечастой коммутации. Аппарат характеризуется простотой монтажа, высоким уровнем надежности, наличием защитных функций и удобством обслуживания.

Конструктивные особенности

Операции по коммутации (включение и отключение) автоматического выключателя могут производиться обслуживающим персоналом вручную или дистанционно с помощью привода. Из чего состоит автоматический выключатель?

1. Контактная система . Представляет собой систему, состоящую из подвижных и неподвижных контактов, которые в замкнутом состоянии обеспечивают беспрепятственное прохождение электрического тока номинальной величины на протяжении длительного периода времени. В разомкнутом состоянии между контактами образуется воздушный промежуток, что исключает протекание электрического тока.
2. Расцепитель . Обеспечивает контроль заданного параметра электрической сети и целенаправленно воздействует на отключающее устройство. В зависимости от конструктивного исполнения и функциональности, расцепитель изготавливают в нескольких типовых исполнениях: тепловой в форме биметаллической пластины (реагирует на токовые перегрузки), электромагнитный (реагирует на токи короткого замыкания), комбинированный (сочетает в себе защиту от КЗ и токовой перегрузки), полупроводниковый (защита от КЗ, токовой перегрузки) [1] .
3. Дугогасительное устройство . Предназначено для гашения электрической дуги, которая образуется во время отключения контактной системы при высокой токовой нагрузке. Наличие дугогасительного устройства позволяет отключать выключатель в аварийных режимах работы без вреда для контактной системы и других элементов выключателя, электрических сетей и потребителей электроэнергии.
4. Механизм управления . Он предназначен для управления положением контактной системы в ручном или автоматическом режиме. Для оперативных переключений в ручном режиме предназначен специальный рычаг на лицевой поверхности автоматического выключателя или электромагнитный привод.

Также автоматические выключатели могут быть оснащены дополнительными элементами . Одним из самых распространенных является модуль дифференциальной защиты. Такие устройства именуют «автоматический выключатель дифференциального тока» (АВДТ). С его помощью можно быстро отключить электрическую сеть в случае минимальной утечки тока из сети. Дифференциальный автоматический выключатель применяется в электрических сетях для обеспечения высокого уровня пожарной безопасности и защиты людей.

Типы и характеристики автоматических выключателей

Характеристики автоматических выключателей, которые определяют сферу их использования и допустимые условия эксплуатации:

• Степень защиты от внешних воздействий . Каждый выключатель выпускается с конкретной степенью защиты корпуса, которая соответствует требованиям IEC 60529 [2] . В обозначении таких аппаратов применяют цифровую кодировку, где первая цифра означает уровень защиты от проникновения посторонних предметов, а вторая — от влаги.
• Климатическое исполнение . Определяет диапазон температуры и влажности окружающего воздуха, при которой допускается длительная эксплуатация автоматического выключателя. Может кодироваться в виде цифр 1, 2, 3, 4, 5 или букв У, УХЛ, Т, М, ОМ [3] .
• Высота установки . Для большинства устройств этот параметр составляет не более 1000 метров над уровнем моря. Но при необходимости производства монтажа выше этой отметки производители предлагают большой выбор выключателей с различными техническими характеристиками.
• Наличие вибрации, резких толчков, тряски . Все электротехнические изделия подразделяют на группы в соответствии с ГОСТ 17516.1-90 [4] . Автоматические выключатели могут выпускаться для эксплуатации в условиях, соответствующих группам М1, М2, М3, М4, М6, М9, М25, М19.

Конструкция и технические характеристики автоматических выключателей определяют их принадлежность к определенному типу устройств, которые различают по следующим критериям:

1. Тип напряжения . Различают три типа автоматических выключателей: для сетей переменного напряжения, для сетей постоянного напряжения, универсальные устройства. И первые, и вторые устройства имеют схожую конструкцию, но совершенно разные технические характеристики. Универсальный тип выключателей может стабильно работать в электрической цепи любого напряжения.
2. Количество полюсов . В настоящее время на рынке России представлены выключатели автоматические однополюсные, двухполюсные, трехполюсные и четырехполюсные. Выбор конкретного типа устройств зависит от конфигурации электрической сети и характеристик подключаемой электрической нагрузки.
3. Предельный ток короткого замыкания . В соответствии с ГОСТ Р 50030.2-2010 [5] этот параметр определяет предельное значение тока в режиме короткого замыкания цепи, которое выключатель способен безопасно отключить при номинальной величине напряжения. Величина предельного тока короткого замыкания автоматического выключателя равна одному из стандартных значений: 4,5 кА; 6,0 кА; 10 кА; 20 кА; 35 кА; 50 кА.
   В зависимости от этого параметра все автоматические выключатели выпускают в двух модификациях: силовые и модульные устройства. Например, устройство имеет стандартизованные размеры корпуса и обеспечивает многократное безопасное отключение токов короткого замыкания величиной до 10 кА — в большинстве случаев этого достаточно для защиты бытовых потребителей электроэнергии, распределительных электрических сетей офисных и административных объектов.
4. Номинальный ток . Рабочий ток, который коммутационный аппарат способен пропускать длительное время без перегрева токоведущих частей, называется номинальным. В настоящее время выпускают модульные автоматические выключатели с номиналом 0,5, 1, 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 или 125 А. Выключатели в корпусном исполнении выпускают в основном с номинальным рабочим током величиной до 1600 А включительно.
5. Времятоковая характеристика . В соответствии с ГОСТ Р 50345-2010 модульные автоматические выключатели в зависимости от кратности токов короткого замыкания, которые действует на электромагнитный расцепитель, подразделяют на несколько основных типов: В, С, D. Подбирая тип характеристики автоматических выключателей, следует внимательно изучить характеристики электрической нагрузки.

Как правильно выбирать автоматический выключатель?

На первый взгляд, большинство автоматических выключателей являются одинаковыми и не различаются между собой. Но при выборе такого важного устройства следует проявлять особое внимание даже к самым незначительным деталям. При выборе автоматического выключателя для защиты и коммутации электрической нагрузки необходимо:

1. Определить основные параметры электрической сети , такие как величина напряжения, количество фаз, переменный или постоянный тип тока, частота переменного тока.
2. Рассчитать требуемую мощность автоматического выключателя . Для этих целей рассчитывают максимальную суммарную мощность подключенной электрической нагрузки. При подборе защитного устройства руководствуются правилом округления в сторону большего значения номинального тока.
3. Рассчитать ток короткого замыкания . Например, при возникновении аварийного режима, замыкании между фазами или на землю, при протекании тока. Для обеспечения возможности безопасно коммутировать ток, значительно превышающий значение номинального, следует подбирать автоматический выключатель, способный реагировать на токи короткого замыкания такой величины.
4. Определить потребность в наличии определенных функций защиты . Выключатель предназначен для работы в качестве защитного устройства от аварийных режимов работы электрической сети. Для максимального уровня защиты подключенного электрооборудования необходимо подбирать аппараты, укомплектованные тепловым, электромагнитным или комбинированным расцепителем, модулем дифференциальной защиты.
5. Определиться с исполнением корпуса . Оптимальным решением для большинства бытовых потребителей, офисных и административных объектов, маломощного оборудования будут модульные выключатели. В качестве вводных защитных выключателей и устройств для питания промышленного оборудования чаще используют корпусные силовые устройства, которые обладают возможностью отключать высокие токи КЗ.
6. Определить способ монтажа . Автоматические выключатели могут устанавливаться на DIN-рейку либо на болтовое соединение. Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки, которые следует учитывать во время подготовки проектной документации или перед покупкой.
7. Оценить условия эксплуатации . Для нормальной работы в условиях высокого содержания пыли и влажности корпус выключателя должен обладать соответствующим уровнем защиты IP.
8. Подобрать времятоковую характеристику работы расцепителя . Этот параметр подбирают с учетом максимально возможного пускового тока от подключенной электрической нагрузки. В случае трех-пятикратного значения от номинального выбирают тип В. Если превышение составляет от пяти до 10 значений номинального тока, выбирают тип С. Для нагрузки с более высоким пусковым током выбирают аппараты с характеристикой D.
9. Выбрать параметры селективности (у корпусных выключателей). Для обеспечения непрерывной работы наиболее ответственных участков электроснабжения построение системы защиты осуществляют с соблюдением принципа селективности. Для тонкой настройки работы всей системы защиты корпусные выключатели комплектуют регулятором величины токовой уставки расцепителя.
10. Определить потребность в дополнительных функциях и элементах , таких как дистанционное оперативное отключение/включение с помощью электромагнитного привода, вспомогательные контакты, расцепитель минимального напряжения, независимый расцепитель, указатели положения контактов, наличие кнопки тестирования, модуль дифференциальной защиты.

Стоимость автоматических выключателей разных видов

От чего зависит цена автоматического выключателя?

Стоимость формируется с учетом следующих критериев:

• Количество полюсов . Цена на выключатель автоматический трехполюсный будет всегда выше цены на однополюсный или двухполюсный с аналогичными характеристиками.
• Тип исполнения корпуса . Цена на модульный автоматический выключатель ниже, чем на устройства в литом корпусе.
• Значение номинального тока . С увеличением значения предельного коммутационного и номинального тока пропорционально растет стоимость выключателей.
• Наличие дополнительных функций . Цены на дифференциальный автоматический выключатель будут значительно выше, чем на устройства со стандартными тепловыми и электромагнитными расцепителями.
• Производитель . Продукция известных зарубежных брендов может стоить на порядок дороже, чем изделия российских производителей.

Для наглядности приведем таблицу сравнения стоимости автоматических выключателей разных производителей.

Производитель

Примерная стоимость в рублях

Автоматические выключатели что это такое

Автоматический выключатель — это электротехнический аппарат, предназначенный для автоматического отключения повреждённого участка электрической сети. За автоматическое отключение в аппарате отвечает особое устройство, именуемое «расцепитель». Собственно, из названия понятно, что устройство воздействует на механизм включения-отключения в автомате (так будем называть автоматический выключатель для краткости) и размыкает электрическую цепь.

Расцепители в автоматах бывают двух типов — электромеханические и электронные. Электромеханические, в свою очередь, делятся на тепловые и электромагнитные.

Электронные расцепители рассматривать не будем, т.к. в быту такие автоматы не используются по одной простой причине — высокая стоимость и абсолютно неприменимая в бытовых условиях функциональность.

Итак, тепловые и электромагнитные расцепители — что они из себя представляют и для чего нужны?

Ток, проходящий через тепловой расцепитель вызывает нагрев данного расцепителя. При прохождении через автомат рабочего тока, не превышающего номинальное значение автомата, нагрев незначительный и не вызывает никаких воздействий на отключающий механизм автомата. Но при длительном прохождении тока, превышающего номинальный, происходит отключение автомата. При этом, чем больше ток, тем меньше время отключения. Данный тип расцепителя защищает вашу электрическую сеть от перегрузок и позволяет сохранить работоспособность сети при кратковременном характере и незначительной величине этих перегрузок. Устроен данный тип расцепителей следующим образом — токопроводящая (либо расположенная над нагревательным элементом, по которому проходит ток) пластина состоит из двух пластин различных металлов, соединённых между собой. Называется такая пластина биметаллической. Ввиду различных физических свойств этих металлов, они обладают различным коэффициентом теплового расширения, в результате чего при нагревании такой пластины происходит её механическая деформация — изгиб. И благодаря такой деформации происходит механическое воздействие изгибающейся пластины на механизм отключения автомата.

Электромагнитный расцепитель. Как видно уже из названия, данный расцепитель состоит из электромагнита. Этот расцепитель предназначен для мгновенного отключения автомата при коротком замыкании. При прохождении токов короткого замыкания определённой величины, сердечник электромагнита втягивается и мгновенно отключает повреждённый участок.

Ниже приведены фотоизображения, на которых показаны устройство самых распространённых автоматических выключателей и обозначены вышеуказанные расцепители.

Ну и вот мы подобрались, наверное, к самому главному — чем определяется величина тока короткого замыкания, отключающего автомат? Помимо основных характеристик автоматических выключателей, таких как номинальный ток и количество полюсов, имеется ещё одна не менее важная — характеристика (кривая) отключения. В соответствии с ГОСТ Р 50345-2010, автоматические выключатели бывают с тремя основными видами электромагнитных расцепителей — B (диапазон отключения (3÷5)×I_ном), С (диапазон отключения (5÷10)×I_ном) и D (диапазон отключения (10÷20)×I_ном). Ну а нужны данные виды расцепителей для того, чтобы в вашей электрической сети была возможность обеспечения селективности срабатывания аппаратов защиты, иными словами — способность вашей электрической системы отключать повреждённый участок сети, не затрагивая неповреждённые.

Как это работает разберём на реальном примере. У многих из вас бывали ситуации, когда при коротком замыкании в каком-либо участке сети (к примеру, короткое замыкание в электроприборе, включённом в розетку) электричество отключалось во всём доме. И при проверке ваших распределительных щитов вы обнаруживали отключенные автоматы во всех щитах, вплоть до вводного, установленного на столбе.

Как избежать такой ситуации? — Установкой автоматов с различными типами расцепителя. Во-первых, такая ситуация возможна только тогда, когда у вас установлены автоматы с одним типом расцепителя, к примеру «С». При коротком замыкании возникает ток достаточной силы для отключения всех автоматов в цепи, а ввиду однотипности расцепителя, то отключаются они одновременно.

Избежать подобной ситуации можно следующим образом.

При получении технический условий на подключение вашего дома к электрическим сетям, электросетевая организация предписывает вам установить в вводном щите (назовём его ЩУР — щит учётно-распределительный) аппарат защиты на номинальный ток 63 А (при разрешённой стандартной мощности 15 кВт и при подключении по одной фазе (220 В)). В доме у вас установлен один распределительный щит (назовём его ЩР — щит распределительный), в котором установлен вводной автомат на номинальный ток также 63 А (нагрузку щита возьмём в номинальные 15 кВт). Расстановка автоматических выключателей будет выглядеть следующим образом: т.к. подключение однофазное, в щите ЩУР устанавливаем двухполюсный автоматический выключатель на номинальный ток 63 А, расцепитель характеристики D (т.к. в случае короткого замыкания в электрической сети дома этот автоматический выключатель должен отключиться в последнюю очередь). Вводной автомат в щите ЩР устанавливаем аналогично вводному в щите ЩУР, но с расцепителем характеристики С. Ну а отходящие цепи в щите ЩР, с наибольшей вероятностью возникновения коротких замыканий (питание уличных электроприборов, питание электроприборов в сырых помещениях) лучше защищать с помощью автоматов с расцепителем характеристики В.

Устройство автоматических выключателей.

Одни из самых распространённых типов автоматических выключателей:

1. AE 1031M-2УХЛ4 с тепловым расцепителем.
2. ВА47-29 с комбинированным расцепителем (тепловой и электромагнитный).

Устройство автоматического выключателя AE 1031M-2УХЛ4:

1. Биметаллическая пластина, по которой проходит электрический ток.
2. Расцепитель.

Устройство автоматического выключателя ВА47-29:

1. Расцепитель.
2. Биметаллическая пластина со спиральным нагревательным элементом, по которому проходит электрический ток.
3. Электромагнит.
4. Силовой контакт выключателя.

Автоматический выключатель. Назначение, виды, принцип работы

Электропитание любого объекта должно осуществляться через защитные устройства, именуемые автоматическими выключателями. Раньше вместо них использовали пробки. Автоматические выключатели выполняют ту же задачу по защите бытовой сети от перегрузки или короткого замыкания. Однако автоматы более современны и удобны в использовании.

Что такое автоматический выключатель?

Автоматический выключатель – это защитное устройство, предназначенное для аварийного отключения напряжения при перегрузке сети или коротком замыкании. В обычной квартире перегрузка возникает, если в розетки вставлено слишком много мощных электроприборов. Например, электрические чайники, утюги или обогреватели. В промышленных помещениях причиной короткого замыкания может стать неисправное оборудование.

Как работает автоматический выключатель?

По принципу работы автомат напоминает обыкновенный выключатель для света. Если он включен, то через его клеммы проходит электрический ток и в помещении есть напряжение. Если автомат выключен, то ток не проходит и, соответственно, здание или территория обесточена.

Причины срабатывания автоматического выключателя

Автомат может сработать по одной из двух причин:

• короткое замыкание;
• перегрузка по току.

Короткое замыкание

Короткое замыкание (КЗ) возникает, когда между фазным и нулевым проводниками появляется электрический контакт. Например, если в розетку каким-то образом попал короткозамкнутый провод.

При коротком замыкании ток в электропроводке достигает величин в сотни ампер. Это приводит к срабатыванию электромагнитного расцепителя автоматического выключателя. Этот вид защиты срабатывает мгновенно. Поэтому при КЗ напряжение отключится без задержки по времени.

Перегрузка по току

Перегрузка по току – явление более распространенное. Оно возникает, когда в квартирные розетки включено слишком большое количество мощных электроприборов.

Обычно это происходит в зимний период. Люди хотят согреться и подключают к бытовой сети по 2–3 электрических обогревателя.

При перегрузке по току в автоматическом выключателе срабатывает тепловой расцепитель. Особенность этой защиты состоит в том, что на отключение электропитания необходимо некоторое время. Например, если превысить максимальный ток автомата на 10%, то он сработает через час. А если превысить ток в 2 раза, отключение случится через 5 минут. Данные числа взяты сугубо для примера. Точное время отключения и кратность перегрузки зависят от конкретного типа автоматического выключателя и его производителя.

Как выбрать автоматический выключатель?

Выбирая автомат для защиты, важно учесть два фактора:

• тип электрической сети (однофазная или трехфазная);
• максимальный допустимый ток в электропроводке.

Трехфазные и однофазные автоматы

Для защиты квартирной электропроводки с напряжением 220 В потребуются однофазные автоматические выключатели. Их наиболее просто найти в продаже. Однофазные автоматы имеют два клеммника для подключения проводки. Обычно они используются в качестве групповых. Это означает, что каждый выключатель защищает свою линию. Например, один автомат устанавливается на освещение. Другой – защищает розетки в спальне. А третий автомат – используется для стиральной машины.

Трехфазные автоматические выключатели распространены в промышленности и небольших производственных цехах. Через них защищаются сети питания мощных станков, насосов водоснабжения, зданий или лифтов.

Трехфазный автомат имеет 6 клемм для подключения проводов. На три верхних приходит питающее напряжение, а к трем нижним подсоединяется потребитель.

Максимальный ток в электропроводке

Как правило, в бытовой электропроводке используются автоматы с током срабатывания от 16 до 32 А. Этих величин достаточно для большинства электроприборов, которые люди используют в квартирах.

То, что автомат имеет номинальный ток 16 А означает, что если через него начнет протекать ток больше этой величины, то он отключится. Здесь важно помнить, что если превышение тока несущественное, то на отключение уйдет некоторое время.

Также, выбирая ток автоматического выключателя, необходимо учитывать тип потребителя электроэнергии. Например, двигатели в момент запуска способны потреблять ток в 5–10 раз превышающий номинальное значение. Если в нормальном режиме работы двигатель потребляет ток 1 А, то в момент запуска он будет брать от сети 5–10 А. Поэтому нужно подобрать такой автомат, чтобы он не успевал сработать на эту кратковременную перегрузку по току.

Автоматические выключатели зарекомендовали себя как простое и эффективное решение для защиты бытовых и промышленных электрических сетей. Данное устройство защитит проводку от токов короткого замыкания и перегрузок. Выбирая автомат для защиты, необходимо учитывать тип электрической сети и максимальные токи, которые для нее являются допустимыми.