2259556.ru

Журнал Мастера
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принципиальная работа автоматического выключателя

Автоматический выключатель — устройство, принцип действия, назначение

Понравилось видео? Подписывайтесь на наш канал!

Итак, начнем с первого вопроса. Автоматический выключатель устанавливают для того, чтобы защитить кабели, провода, а также электроприборы от короткого замыкания (к.з.) и перегрузки.

Основные типы

Внешне элемент представляет собой небольшую конструкцию из термостойкой пластмассы, на лицевой части которой находится специальный переключатель, а в задней — фиксатор-защелка. Сверху и снизу расположены винтовые клеммы. В зависимости от конструктивных особенностей и устройства, автоматические выключатели могут разделяться на следующие типы:

  1. Установочные модели — снабжены пластиковым коробом, что позволяет использовать их для всех жилищ без страха получить удар током.
  2. Универсальные агрегаты — не имеют такой защиты как предыдущая разновидность, из-за чего их используют только в специальных условиях, оснащая распределительное оборудование.
  3. Быстродействующие выключатели — характеризуются невероятной скоростью реагирования на проблемы в электрической цепи. По заявлениям производителей, скорость равна 5 миллисекундам.
  4. Устройства замедленного действия — скорость срабатывания варьируется в пределах 10−100 миллисекунд.
  5. Селективные — характеризуются поддержкой регулировки режима выключения.
  6. Электрические модели обратного тока — способны срабатывать только при изменении направления тока в каком-либо диапазоне.
  7. Поляризованные детали — отключают тот участок цепи, в котором замечается существенный скачок интенсивности тока.
  8. Неполяризованные — работают наподобие предыдущих разновидностей, но не ограничиваются одним направлением тока.

Что касается скорости отключения, то она определяется принципом работы автомата, а также соответствующими условиями для обесточивания конкретного участка. Они создаются электрооборудованием и токоограничивающими элементами.

Аварийное отключение

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

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

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

Магнитный расцепитель в виде катушки

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

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

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

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

Следует иметь в виду, чтоавтоматический выключатель защищает электропроводку от повреждения, но предотвратить поражение человека электрическим током в случае пробоя на корпусе он не может!

Как работает автомат защиты

Подключение прогрузного выключателя к сети осуществляется через предусмотренные в конструкции клеммы и контакты. В обычном режиме устройство просто пропускает через себя ток и направляет его на защищаемый участок электрической цепи. При этом по специальным гибким проводникам он подается сперва на электромагнитный, а затем и на тепловой расцепитель для отслеживания параметров.

Читать еще:  Выключатель электричества всей квартиры контактор

Если сила тока внезапно начинает превышать номинальные показатели автомата защиты, температура теплового расцепителя заметно увеличивается. Из-за этого биметаллическая пластина прогибается и воздействует на механизм отключения, благодаря чему подача тока на определенный участок цепи прекращается. Точно таким же образом соленоид электромагнитного соленоида реагирует на короткое замыкание. Он приводит в действие пружину, которая выключает автомат. Благодаря мгновенному срабатыванию соленоидной катушки, обеспечивается защита электроприборов, а также проводки, которая даже не успевает нагреться из-за слишком высоких токов.

Как видите, схема и принцип действия автоматических выключателей являются весьма простыми. Несмотря на это, оборудование способно обеспечить надежную защиту либо всей цепи, либо отдельных ее участков, предотвратить такие опасные последствия короткого замыкания, как выход из строя дорогостоящей техники и электроники, возгорание, оплавление проводки и розеток.

Защита автомата при разных перегрузках

Механизм теплового расцепителя не сработает при небольшом и недолгом токе выше номинального. При большой продолжительности тока больше номинального сработает тепловой расцепитель. Время, отключения автомата тепловой защитой, может доходить до часу.

Механизмы автоматического выключателя

Временная задержка позволяет не отключать автоматы при значительных пусковых токах двигателя и кратковременных бросках тока. Время токовая характеристика тепловых расцепителей зависит также от окружающей температуры. При повышенных температурах тепловая защита отработает быстрее, чем на холоде.

Вызвать перегрузку можно включением нескольких бытовых приборов – это чайник, стиральная машина, кондиционер, электроплита. При перегрузке автомат отключается, но сразу включить его невозможно, нужно ждать, чтобы остыла биметаллическая пластина.

Что находится внутри автоматического выключателя?

Внутри автомата находится следующее:

клеммы для подключения жил кабеля;

расцепители (тепловой и электромагнитный);

рычаг для включения и отключения.

Все это собрано в корпусе автомата.

Электромагнитная защита

Она обеспечивается благодаря наличию катушки, созданной из намотанной на каркас медной проволоки. Внутри этого каркаса расположен сердечник. Катушка может характеризоваться практически любым количеством витков – от нескольких единиц до десятков. При прохождении тока через эту катушку вокруг нее образуется магнитное поле, которое и действует на сердечник. Из-за этого рычаг получает толчок и силовой контакт размыкается.

Тепловая защита

Она сработает в случае, если превышение тока является длительным. Тепловая защита обеспечивается с помощью изгибания биметаллической пластины, реагирующей на нагревание. При повышенном токе пластина быстро нагревается и изгибается, в результате чего также действует на рычаг, который размыкает цепь. Так как в процессе разрыва контактов возникает дуга, то для ее гашения предназначена специальная дугогасительная камера, состоящая из металлических пластин.

Крепится автомат к стене с помощью DIN-рейки, крепление под которую расположено сзади его корпуса. Корпус автомата также состоит из частей, собранных вместе с помощью заклепок.

Классификация автоматических выключателей

По конструктивному исполнению автоматы делятся на модульные, воздушные и литые (в литом корпусе). Самыми популярными на данный момент считаются модульные устройства, которые можно встретить в частных домах и квартирах. Такие автоматические выключатели характеризуются стандартными габаритами и параметрами. Обычно бытовые автоматы характеризуются номинальным током от 0,5 до 63А.

В промышленности больше распространены автоматы воздушного типа, так как они могут работать с большими значениями тока. В свою очередь автоматы, характеризующиеся литым корпусом, предназначены для эксплуатации при токах до 1600А. Используются такие автоматические выключатели на больших щитовых подстанциях, а также для подключения промышленного оборудования.

Есть также категория автоматов, предназначенных для защиты электродвигателей.

Принцип работы электрического автомата

Автоматический выключатель может работать в двух режимах: обычном и аварийном. Если режим работы не аварийный, то рычаг автомата взведен вверх. Это значит, что ток подается. Но в случае, если величина тока начинает превышать допустимое значение, автомат из обычного режима перейдет в аварийный. Тепловая защита сработает, если это превышение будет длительным. В таком случае постепенно будет нагреваться биметаллическая пластина, которая и окажет воздействие на рычаг. Чем ток будет выше, тем быстрее эта пластина нагреется. Как только пластина остынет, автомат снова можно будет запустить в работу.

Читать еще:  Как подобрать автоматический выключатель для асинхронного электродвигателя

Необходимо помнить о том, что скорость нагревания пластины и время срабатывания автомата в аварийном режиме также во многом зависит от температуры окружающей среды. Чем теплее будет в помещении, тем быстрее нагреется пластина. Исходя из этого, в теплых помещениях автомат будет срабатывать при меньших значениях тока.
Если же токовая характеристика резко превысила допустимое значение, и это превышение было большим, то сработает электромагнитная защита. Она включается при коротких замыканиях. В таком случае сработает электромагнитный расцепитель. Благодаря двухуровневой системе защиты проводка в доме будет защищена от возгорания. Время срабатывания электромагнитного расцепителя составляет не более двух сотых секунды.

Чтобы избежать перегрузки в сети, необходимо не подключать в одно и то же время большое количество мощных электроприборов. При проектировании электросети необходимо принять в учет общую мощность бытовой техники, которая будет эксплуатироваться одновременно.

Как работает автоматический выключатель?

В режиме штатной работы через автомат протекает ток, меньший или равный номинальному значению. Питающее напряжение от внешней сети подается на верхнюю клемму, соединенную с неподвижным контактом. С неподвижного контакта ток поступает на замкнутый с ним подвижный контакт, а от него, через гибкий медный проводник – на катушку соленоида. После соленоида ток подается на тепловой расцепитель и уже после него – на нижнюю клемму, с подключенной к ней сетью нагрузки.

В аварийных режимах автоматический выключатель отключает защищаемую цепь за счет срабатывания механизма свободного расцепления, приводимого в действие тепловым или электромагнитным расцепителем. Причиной такого срабатывания является перегрузка или короткое замыкание.

Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, состоящая из двух слоев сплавов с различными коэффициентами термического расширения. При прохождении электрического тока пластина нагревается и изгибается в сторону слоя с меньшим коэффициентом термического расширения. При превышении заданного значения силы тока, изгиб пластины достигает величины, достаточной для приведения в действие механизма расцепления, и цепь размыкается, отсекая защищаемую нагрузку.

Электромагнитный расцепитель состоит из соленоида с подвижным стальным сердечником, удерживаемым пружиной. При превышении заданного значения тока, по закону электромагнитной индукции в катушке наводится электромагнитное поле, под действием которого сердечник втягивается внутрь катушки соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и вызывает срабатывание механизма расцепления. В нормальном режиме работы в катушке также наводится магнитное поле, но его силы недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины и втянуть сердечник.

Как работает автомат в режиме перегрузки

Режим перегрузки возникает, когда ток в подключенной к автомату цепи превышает номинальное значение, на которое рассчитан автоматический выключатель. При этом повышенный ток, проходящий через тепловой расцепитель, вызывает повышение температуры биметаллической пластины и, соответственно, увеличение ее изгиба вплоть до срабатывания механизма расцепления. Автомат отключается и размыкает цепь.

Срабатывание тепловой защиты не происходит мгновенно, поскольку на разогрев биметаллической пластины потребуется некоторое время. Это время может варьироваться в зависимости от величины превышения номинального значения тока от нескольких секунд до часа.

Такая задержка позволяет избежать отключения питания при случайных и непродолжительных повышениях тока в цепи (например, при включении электродвигателей которые имеют большие пусковые токи).

Минимальное значение тока, при котором должен сработать тепловой расцепитель, устанавливается при помощи регулировочного винта на заводе-изготовителе. Обычно это значение в 1,13-1,45 раз превышает номинал, указанный на маркировке автомата.

На величину тока, при котором сработает тепловая защита, влияет и температура окружающей среды. В жарком помещении биметаллическая пластина прогреется и изогнется до срабатывания при меньшем токе. А в помещениях с низкими температурами ток, при котором сработает тепловой расцепитель, может оказаться выше допустимого.

Читать еще:  Механизм выключателя sedna ip44 бел sche sdn0100321

Причиной перегрузки сети является подключение к ней потребителей, суммарная мощность которых превышает расчетную мощность защищаемой сети. Одновременное включение различных видов мощной бытовой техники (кондиционер, электрическая плита, стиральная и посудомоечная машина, утюг, электрочайник и т.д.) – вполне может привести к срабатыванию теплового расцепителя.

В этом случае определитесь, какие из потребителей можно отключить. И не спешите снова включать автомат. Вы все равно не сможете взвести его в рабочее положение, пока он не остынет, а биметаллическая пластина расцепителя не вернется в свое исходное состояние. Теперь вы знаете как работает автоматический выключатель при перегрузках

Как работает автомат в режиме короткого замыкания

В случае короткого замыкания принцип работы автоматического выключателя иной. При коротком замыкании ток в цепи резко и многократно возрастает до значений, способных расплавить проводку, а точнее изоляцию электропроводки. Для того чтобы предотвратить такое развитие событий необходимо мгновенно разорвать цепь. Электромагнитный расцепитель именно так и срабатывает.

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник, удерживаемый в фиксированном положении пружиной.

Многократное возрастание тока в обмотке соленоида, происходящее при коротком замыкании в цепи, приводит к пропорциональному возрастанию магнитного потока, под действием которого сердечник втягивается в катушку соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и нажимает на спусковую планку механизма расцепления. Силовые контакты автомата размыкаются, прерывая питание аварийного участка цепи.

Таким образом, срабатывание электромагнитного расцепителя защищает от возгорания и разрушения электропроводку, замкнувший электроприбор и сам автомат. Время его срабатывания составляет порядка 0,02 секунды, и электропроводка не успевает разогреться до опасных температур.

В момент размыкания силовых контактов автомата, когда по ним проходит большой ток, между ними возникает электрическая дуга, температура которой может достигать 3000 градусов.

Чтобы защитить контакты и другие детали автомата от разрушительного воздействия этой дуги, в конструкции автомата предусмотрена дугогасительная камера. Дугогасительная камера представляет собой решетку из набора металлических пластин, которые изолированы друг от друга.

Дуга возникает в месте размыкания контакта, а затем один ее конец движется вместе с подвижным контактом, а второй скользит сначала по неподвижному контакту, а потом по соединенному с ним проводнику, ведущему к задней стенке дугогасительной камеры.

Там она делится (дробится) на пластинах дугогасительной камеры, слабеет и гаснет. В нижней части автомата предусмотрены специальные отверстия для отвода газов, образующихся при горении дуги.

В случае отключения автомата при срабатывании электромагнитного расцепителя, вы не сможете пользоваться электричеством до тех пор пока не найдете и не устраните причину короткого замыкания. Вероятнее всего причина в неисправности одного из потребителей.

Отключите все потребители и попробуйте включить автомат. Если вам это удалось и автомат не выбивает, значит, действительно – виноват один из потребителей и вам осталось выяснить какой именно. Если же автомат и с отключенными потребителями снова выбивает, значит все гораздо сложнее, и мы имеем дело с пробоем изоляции проводки. Придется искать, где это произошло.

Вот таков принцип работы автоматического выключателя в условиях различных аварийных ситуаций.

Если отключение автоматического выключателя стало для вас постоянной проблемой, не пытайтесь решить ее установкой автомата с большим номинальным током.

Автоматы устанавливаются с учетом сечения вашей проводки, и, значит, больший ток в вашей сети просто не допускается. Найти решение проблемы можно только после полного обследования системы электроснабжения вашего жилища профессионалами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector