Автоматические выключатели. Типы, характеристики, расчет автоматического выключателя
Электрическая сеть – это система, включающая в себя вводы, провода, потребителей тока, а также аппаратуру коммутации. Установка автоматических выключателей обеспечивает защиту сети в целом и отдельных потребителей в аварийных ситуациях, когда параметры тока выходят за рамки нормальных значений (КЗ, скачки напряжения, изменение направления тока и прочее). Кроме того, они позволяют выполнять в случае необходимости нечастую коммутацию потребителей дистанционно или в ручном режиме (6-30 циклов включения/отключения в сутки).
Уход за электроаппаратурой
Эволюция и принципиальное устройство автоматических выключателей
История электроаппаратуры началась задолго до появления первых коммерческих электросетей. Так, принцип работы автоматического выключателя был открыт еще в 1836 году американским ученым Ч. Г. Пэйджем, но современная конструкция была запатентована только в 1924 году швейцарской компанией Brown, Boveri & Cie. С тех пор каждый автомат включает в себя следующие элементы:
- блок контактов;
- камеру нейтрализации (гашения) дуги;
- расцепитель следующих видов: тепловой, электромагнитный, электронный, микропроцессорный;
- механизм управления: ручной, пружинный или с приводом;
- механизм свободного расцепления.
В настоящее время производится множество электроаппаратуры, иллюстрацией чего служат характеристики автоматических выключателей , которые обеспечивают надежную коммутацию и защиту электросетей и потребителей любой сложности и мощности в любых условиях эксплуатации. Количество моделей этих устройств разных производителей не поддается исчислению.
В каталогах «Скат технолоджи» представлены изделия ведущих компаний Siemens, Andeli, Schneider, чья продукция по праву занимает ведущие позиции на рынке электротехники. Здесь вы сможете увидеть автоматические выключатели на фото , а также ознакомиться с их основными характеристиками и способами установки. Если вы не являетесь профессионалом в электротехнике, рекомендуем воспользоваться помощью наших специалистов, которую можно получить в том числе в online-режиме.
Тем, кого интересует, как работает автоматический выключатель, дадим короткое пояснение. Каждый аппарат имеет настройки на определенные параметры тока и нагрева проводников. Эти настройки обеспечиваются чувствительностью соленоида расцепителя на ток и тепловым реле с винтовым регулированием (калибровкой). Если в процессе работы сети параметры выходят за установленные рамки, происходят разрыв цепи и обесточивание потребителей.
Классификация автоматических выключателей
Для классификации электроаппаратов существуют нормативные документы, в которых изложены технические и эксплуатационные требования к ним. Классы автоматических выключателей отечественного и зарубежного производства определяются в соответствии с такими документами:
- ГОСТ 9098-78;
- ГОСТ 14255-69;
- ГОСТ Р 50345-2010;
- ГОСТ Р 50030.2-99;
- МЭК 60898-95;
- EN 60947-2;
- EN 60898.
В соответствии с отечественными нормативно-техническими документами классификация автоматов осуществляется по 12 параметрам, которыми учитываются десятки эксплуатационных характеристик аппаратов. Количественные и качественные значения этих параметров определяют назначение автоматического выключателя и допустимые условия его эксплуатации.
Основные классификационные параметры автоматических выключателей
Чем выше уровень архитектуры электросетей, тем сложнее подбирать к ней аппаратуру защиты и управления, поскольку приходится учитывать большое количество различных параметров работы. Для достижения нужного результата необходимо провести инженерные расчеты всех параметров, чтобы подбор автоматического выключателя и других электроаппаратов обеспечил надежную и безопасную работу сети. Перечень основных характеристик автоматов выглядит следующим образом:
- номинальные токи главной цепи и расцепителей – соответственно 6,3-6300 (всего 22 номинала) и 15-3200 ампер (всего 12 номиналов);
- конструктивное исполнение – воздушные или АСВ (800-6300 A), в литом корпусе или МССВ (10-2500 A), модульные или МСВ (0,5-125 A) автоматы;
- количество полюсов главной цепи – от одного до четырех;
- наличие или отсутствие ограничений по току;
- виды расцепителей: нулевой, минимальный, независимый, максимальный;
- наличие или отсутствие контактов для подключения вторичных цепей;
- способ подключения вводов/выводов: переднее, заднее, комбинированное, универсальное;
- способ монтажа: стационарный, выкатной (на DIN-рейку), на разъемах;
- вид отсечки: нормальная, селективная, мгновенная;
- вид привода: ручной, пружинный, с движителем (электромагнит, пневматика и прочее);
- обычное или защищенное исполнение.
Перечисленные характеристики имеют свое обозначение или количественное выражение. Например, кривая отключения автоматического выключателя является графическим отражением срабатывания расцепителя на отсечку. Она указывает, при каком значении превышения номинального тока «In» происходит срабатывание устройства. По этому параметру продукция зарубежного производства подразделяется на 6 групп (типов):
- A – 2-3 In;
- B – 3-5 In;
- C – 5-10 In;
- D – 10-20 In;
- Z – 2-4 In;
- K – 8-14 In.
Класс срабатывания автоматических выключателей отечественного производства обозначается буквами B, C и D, поскольку наша промышленность не выпускает продукцию остальных типов. В свою очередь по скорости срабатывания отсечки автоматы подразделяются на нормальные (0,02-1 сек.) и быстродействующие или мгновенные (менее 0,005 секунды). Селективность автоматических выключателей означает возможность установления разного времени отсечки с выдержкой 0,25-0,6 секунды для подчиненных электроаппаратов.
Автоматы этого типа имеют основную и дополнительную рабочие цепи, что позволяет отключить аварийный участок электросети, контролируемый подчиненным аппаратом, и сохранить подачу тока оставшимся потребителям. Временной диапазон процессов быстродействия и селекции также отражают кривые автоматических выключателей . Срабатывание устройств защиты происходит не только по току, но и по нагреву проводов, которое обеспечивается тепловым реле. Проще говоря, электромагнитный расцепитель реагирует на потребление тока, а тепловое реле – на нагрев проводки.
Именно от настройки последнего зависит времятоковая характеристика автоматического выключателя. Величина тепловой нагрузки не должна превышать номинальное значение для проводов определенного сечения более чем в 1,45 раза. Она определяется с учетом способа прокладки проводов и общей нагрузки. В зависимости от установленной настройки тепловое реле может срабатывать мгновенно или сохранять работоспособность сети в течение определенного времени, но не более часа.
О важности своевременного срабатывания аппаратуры защиты
Из вышеприведенных данных понятно, насколько важным является время срабатывания автоматического выключателя. Минимальная величина этого показателя необходима для мощного промышленного оборудования. Здесь обычно используют аппараты класса D с мгновенным расцеплением. Для бытовых потребностей с запасом хватает автоматов класса C нормального расцепления.
Исключение составляют изношенные сети и особо чувствительные потребители тока, где следует использовать аппараты классов A и B, у которых минимальное время срабатывания автоматического выключателя при КЗ не только обеспечивает защиту, но и предотвращает возгорание проводки. Кстати, состояние последней зачастую имеет определяющее значение при выборе электроаппаратуры. Если сечение проводов не соответствует нагрузке на сеть, тепловая характеристика срабатывания автоматического выключателя будет препятствовать ее нормальной работе.
Отражение характеристик электроаппаратуры в ее маркировке
Для электротехнической продукции характерным является использование важнейших эксплуатационных характеристик в маркировке изделий. Для осветительных ламп это потребляемая мощность и сила светового потока. Маркировка автоматических выключателей намного сложнее, в название изделия можно втиснуть минимум информации. Обычно это номинальное рабочее напряжение. Поэтому символы маркировки наносят на корпус автомата:
- класс ограничения по току обозначается цифрой, помещенной внутри квадрата; количество полюсов отображается пиктограммой;
- класс или категория применения автоматических выключателей отображается вместе со значением номинального тока – например, «C16»;
- максимально допустимая величина тока срабатывания, при которой исключен риск повреждения автомата, указывается в прямоугольной рамке.
Перечисленных сведений в маркировке изделия специалисту достаточно, чтобы определиться, как выбрать/подобрать автоматический выключатель в полном соответствии с параметрами электросети. Однако при самостоятельном приобретении аппарата легко ошибиться, если не учитывать характеристики проводки и величину нагрузок. Например, ощутимо отличаются рабочие параметры открытой и закрытой проводки, медных и алюминиевых проводов.
Если вы зададитесь вопросом, как выбрать/подобрать автоматический выключатель по мощности, следует учитывать, что медный провод сечением 4 мм, проложенный открытым способом, выдерживает нагрузку 9 кВт. Тот же провод при закрытой проводке выдержит 5,9 кВт. Понятно, что мощность потребителя тока не должна превышать возможности проводки.
Аналогично номиналы автоматических выключателей должны быть меньше соответствующих параметров сети. В противном случае возникает риск перегрузки электросети вплоть до возгорания проводки, на который автомат попросту не среагирует. Для того чтобы избежать подобной ситуации, необходимы предварительные расчеты, которые обеспечат баланс между потребителями тока, проводкой и средствами защиты и управления. Тем, кого интересует вопрос, как выбрать автоматический выключатель для дома , дадим совет: номинал аппарата выбирайте по пропускной способности проводки (сечению и материалу проводов, а также способу их прокладки).
Основные правила подключения автоматического выключателя
Грамотное устройство архитектуры электросетей позволяет на порядок повысить их надежность. В настоящее время нами используется масса бытовых приборов и техники, в том числе имеющих значительную мощность. Старая проводка советского образца не была рассчитана на такие нагрузки, поэтому перед потребителями часто возникает вопрос, как рассчитать ток автоматического выключателя, чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию домашней электросети.
Исходя из опыта своей работы, компания «Скат технолоджи» сделала вывод, что при значительном увеличении нагрузки на сеть (например, установке электроплиты) не следует пользоваться старой проводкой. Не поможет и правильный выбор автоматического выключателя по току нагрузки, поскольку проводка на нее не рассчитана. Лучше всего полностью реконструировать или заменить сеть с распределением потребителей тока по группам.
Электротехника – точная прикладная наука, поэтому производство электротехнических товаров выполняется по определенным стандартам. Это хорошо видно на примере того, какие бывают автоматические выключатели, конструкция которых рассчитана на конкретные условия эксплуатации. Разделение потребителей на группы давно практикуется в промышленных сетях. На бытовом уровне этот подход выглядит следующим образом:
- для осветительной арматуры номинал автомата не должен превышать 10 A;
- для обычных розеток – 16 A;
- для силовых розеток для электроплит, бойлеров и прочего осуществляется подбор автоматического выключателя по мощности потребителей.
Для реализации такого подхода к устройству сетей производителями предлагается достаточный выбор автоматов с разным количеством полюсов, дифференциального типа и прочих агрегатов. Для бытовых целей следует использовать аппараты в литых корпусах, у которых защищены все токоведущие части, что исключает случайное поражение током. Для того чтобы установить автоматический выключатель универсального исполнения, необходимы распределительные устройства (шкафы, сборки и прочее).
Разнообразие электроаппаратов объясняется и тем, что их конструкция предусматривает всевозможные условия установки. Другими словами, прибор с идентичными параметрами может иметь несколько вариантов исполнения. Поэтому схема подключения автоматического выключателя является обязательным приложением к каждому изделию. В ней указываются количество полюсов, точки подключения фаз и нейтрали, способы подготовки проводов к подключению и другие особенности конкретной модели.
Если человек имеет минимальное представление об электротехнике, он не будет долго раздумывать над тем, как подключить однофазный автоматический выключатель на щитке своей квартиры. Просто смотрите на схему, в которой нет ничего сложного. Единственное предупреждение: если вы меняете автомат, ни в коем случае не ставьте выключатель большей мощности, чем прежний. Для начала необходимо убедиться, что проводка способна выдержать увеличенную нагрузку.
Уход за электроаппаратурой
Электроаппаратура, как и любые другие приборы, нуждается в уходе. Техническое обслуживание автоматических выключателей осуществляется по определенной процедуре со строгой периодичностью. Пользователи зачастую не подозревают о такой необходимости, но она есть. Электротехника подвержена износу, постепенно происходит окисление контактов, старение изоляции, износ подвижных частей и прочие изменения. Поэтому расчет автоматического выключателя по мощности, выполненный 5 лет назад, может не соответствовать реальному положению дел.
Наверное, у многих из вас случались ситуации, когда безупречно работавшая сеть начинает барахлить. Очевидным проявлением этого становится факт, когда без видимых причин часто срабатывает автоматический выключатель. Причина может быть и в самом аппарате, но чаще всего такое происходит из-за проблем с проводкой и скрытых дефектов в электрических схемах бытовых приборов и оборудования.
Для выявления и предупреждения таких ситуаций существует прогрузка автоматических выключателей . Она проводится каждые три года с использованием специального оборудования и выполняется с целью проверки соответствия фактического состояния автомата требованиям безопасной эксплуатации электросетей. Методика проверки автоматических выключателей предусматривает проверку состояния изоляции, времени срабатывания защиты на сверхтоки и нагрев, состояния контактов и прочих параметров.
Проведение регулярного технического обслуживания обеспечивает выявление неполадок на ранних стадиях, предупреждает более серьезные последствия и гарантирует безопасную эксплуатацию сетей в обозримом будущем. Обнаруженные неисправности автоматических выключателей по возможности устраняются, но чаще всего в таких случаях требуется полная замена электроаппаратов, особенно в случае их малых типоразмеров.
Производители электротехнической продукции изготавливают многие запчасти к мощным промышленным автоматам. Для бытовой или маломощной аппаратуры обычно выпускают только запасные контактные группы. Поэтому замена автоматических выключателей – типичное действие при ремонте электросетей. Регулярный уход за электроаппаратурой – совершенно необременительная процедура, в том числе по деньгам. Ее основная цель – профилактика.
В числе технических характеристик автоматов указывается также гарантированное количество циклов включения/отключения. По этим показателям автоматические выключатели имеют срок службы, измеряемый десятилетиями при условии грамотной установки аппаратов и своевременного ухода за ними. Они должны полностью соответствовать параметрам сети. Кроме того, для продления сроков их службы не следует пользоваться неисправными электроприборами, которые провоцируют частое отключение сети.
Профессиональные услуги от компании «Скат технолоджи»
Наша компания специализируется на работах по инженерным коммуникациям, в том числе электросетям. Наши специалисты готовы дать рекомендации по выбору автоматических выключателей и выполнить проектирование сетей, включая расчеты нагрузок и их распределение с учетом всех норм безопасной эксплуатации. Опытные инженеры ответят на любые практические вопросы, в том числе как подключить автоматический выключатель для разных категорий потребителей тока с учетом условий монтажа, состояния проводки и прочих факторов.
В наших каталогах представлен широкий выбор электротехнической продукции от ведущих производителей. Наш ассортимент позволит без особого труда провести полную комплектацию работ по обустройству электросетей. Если вас смущает стоимость автоматических выключателей с логотипами знаменитых брендов, напоминаем, что качественная продукция не может быть откровенно дешевой. Кроме того, срок службы такой электроаппаратуры на порядок выше, чем у изделий сомнительного происхождения.
Тем, кто задается вопросом, какие автоматические выключатели лучше, следует определиться, какой смысл вы в него вкладываете. Для нас определяющим фактором служит надежность и безопасность при адекватных расходах? Мы предлагаем электротехническую продукцию по самым справедливым ценам, поэтому убеждены, что наши покупатели не переплачивают. Габариты автоматических выключателей далеко не всегда являются эквивалентом цен, поэтому, если вы хотите получить нормальный результат обустройства электросети, воспользуйтесь услугами профессионалов «Скат технолоджи».
Электрический автомат, или автоматический выключатель, представляет собой механическое коммутационное устройство, посредством которого можно вручную добиться обесточивания всей электросети или же конкретного ее участка. Сделать это можно в доме, квартире, на даче, в гараже и т.п. Более того, такой прибор оснащается функцией автоматического выключения электрического кабеля при возникновении аварийных ситуаций: например, в случае короткого замыкания либо при перегрузке. Отличие таких автоматических выключателей от обычных предохранителей состоит в том, что после срабатывания их можно кнопкой включить вновь.
Поговорим о том, как выбирать автоматы: электрические автоматы существуют в большом многообразии, что требует учета сразу целого ряда факторов при их покупке.
Нужен ли такой автомат? Необходимо дать утвердительный ответ. Исправно работающий автоматический выключатель будет защищать ваше помещение от различных неприятных ситуаций, в том числе от:
- пожаров;
- поражений электрическим током;
- повреждений проводки.
Итак, при выборе автомата, как мы отмечали, следует учитывать сразу несколько показателей. Рассмотрим их по порядку.
Основные критерии для выбора
Предельный ток короткого замыкания
Этот показатель необходимо учитывать сразу же. Означает он ту максимальную величину тока, при которой электрический автомат сработает и разомкнет цепь. Здесь выбор не велик, так как есть лишь три варианта:
- 4,5 кА;
- 6 кА;
- 10кА.
При выборе следует руководствоваться теоретической вероятностью возникновения сильной тока короткого замыкания. Если такой вероятности нет, то достаточно будет приобрести 4,5 кА автомат.
Ток автомата
Учет этого показателя является следующим шагом. Речь идет о необходимом номинальном значении рабочего тока электрического автомата. Чтобы определить рабочий ток, нужно руководствоваться мощностью, которая, предположительно, будет подключена к проводке, или же по значению допустимого тока (тот уровень, который будет выдерживаться в нормальном режиме).
Что нужно знать при определении рассматриваемого параметра? Не рекомендуется применять автоматы с завышенным рабочим током. Просто в таком случае автомат при перегрузке не отключит питание, а это может вызвать термическое разрушение изоляции проводки.
Это, пожалуй, наиболее простой показатель. Чтобы выбрать количество полюсов у выключателя, нужно исходить из того, как он будет применяться.
Так, однополюсный автомат - это ваш выбор при необходимости защиты проводки, которая идет из электрощита к розеткам и цепям освещения.
Двухполюсный выключатель применяется тогда, когда нужно защитить всю проводку в квартире либо доме с однофазным питанием.
Защита трехфазной проводки и нагрузки обеспечивается трехполюсным автоматом, а четырехполюсные используются в целях защиты четырехпроводного питания.
Характеристики автомата
Это последний показатель, на который понадобится обратить внимание. Время-токовая характеристика автоматического выключателя обусловливается нагрузками, которые подключаются к защищаемой линии. При выборе характеристики учитываются: рабочий ток цепи, номинальный ток автомата, пропускная способность кабеля, рабочий ток выключателя.
- В том случае, если необходимо подключать к линии электропитания небольшие пусковые токи, т.е. электрические приборы, характеризующиеся небольшой разнице между рабочим током и тем током, который возникает при включении, предпочтение следует отдать характеристике срабатывания B.
- Наконец, есть еще одна характеристика - D. Свой выбор следует остановить на ней в том случае, если предполагается подключать мощные устройства с высокими пусковыми точками. О каких устройствах идет речь? Например, об электродвигателе.
Завершающий этап выбора
Таковы основные показатели, которые следует учитывать при выборе автоматического выключателя. Соответственно, если все необходимые данные вам будут известны, то выбор не составит труда. Останется лишь принять во внимание самый последний критерий - производителя автомата. На что это влияет?
- очевидно, что на стоимость. Действительно, разница есть. Так, известные европейские бренды свои автоматические выключатели предлагают по цене, которая в два раза превышает стоимость отечественных аналогов и в три раза больше цены на приборы из Юго-Восточных стран;
- также от выбора конкретного производителя зависит наличие либо отсутствие выключателя с четко определенными показателями на складе.
Еще один полезный способ выбора электрического автомата предлагается на видео ниже:
Основное отличие этих коммутационных аппаратов от всех остальных подобных устройств состоит в комплексном сочетании способностей:
1. длительно поддерживать номинальные нагрузки в системе за счет надежного пропускания через свои контакты мощных потоков электроэнергии;
2. защищать работающее оборудование от случайно возникающих неисправностей в электрической схеме за счет быстрого снятия с него питания.
При нормальных условиях эксплуатации оборудования оператор может вручную коммутировать нагрузки автоматическими выключателями, обеспечивая:
разные схемы питания;
изменение конфигурации сети;
вывод оборудования из работы.
Аварийные ситуации в электрических системах возникают мгновенно и стихийно. Человек не способен быстро среагировать на их появление и принять меры к устранению. Эта функция возлагается на автоматические устройства, встроенные в выключатель.
В энергетике принято деление электрических систем по видам тока:
постоянный;
переменный синусоидальный.
Кроме того, существует классификация оборудования по величине напряжения на:
низковольтное - менее тысячи вольт;
высоковольтное - все остальное.
Для всех типов этих систем создаются свои автоматические выключатели, предназначенные для многократной работы.
Цепи переменного тока
По мощности передаваемой электроэнергии автоматические выключатели в цепях переменного тока условно подразделяют на:
1. модульные;
2. в литом корпусе;
3. силовые воздушные.
Модульные конструкции
Специфическое исполнение в виде небольших стандартных модулей с шириной кратной 17,5 мм определяет их название и конструкцию с возможностью установки на Din-рейку.
Внутреннее устройство одного из подобных автоматических выключателей показано на картинке. Его корпус полностью изготовлен из прочного диэлектрического материала, исключающего .
Питающий и отходящий провода подключаются на верхний и нижний клеммный зажим соответственно. Для ручного управления состоянием выключателя установлен рычаг с двумя фиксированными положениями:
верхнее предназначено для подачи тока через замкнутый силовой контакт;
нижнее - обеспечивает разрыв цепи питания.
Каждый из подобных автоматов рассчитан на длительную работу при определенной величине (Iн). Если же нагрузка становится больше, то происходит разрыв силового контакта. Для этого внутри корпуса размещено два вида защит:
1. тепловой расцепитель;
2. токовая отсечка.
Принцип их работы позволяет объяснить времятоковая характеристика, выражающая зависимость времени срабатывания защиты от проходящего сквозь нее тока нагрузки или аварии.
Представленный на картинке график приведен для одного конкретного автоматического выключателя, когда зона работы отсечки выбрана в 5÷10 крат номинального тока.
При первоначальной перегрузке работает тепловой расцепитель, выполненный из , которая при увеличенном токе постепенно нагревается, изгибается и воздействует на отключающий механизм не сразу, а с определенной задержкой по времени.
Таким способом он позволяет небольшим перегрузкам, связанным с кратковременным подключением потребителей, самоустраниться и исключить излишние отключения. Если же нагрузка обеспечит критический нагрев проводки и изоляции, то происходит разрыв силового контакта.
Когда же в защищаемой цепи возникает аварийный ток, способный своей энергией сжечь оборудование, то в работу вступает электромагнитная катушка. Она импульсом за счет броска возникшей нагрузки выкидывает сердечник на отключающий механизм с целью мгновенного прекращения запредельного режима.
На графике видно, что чем выше токи коротких замыканий, тем быстрее происходит их отключение электромагнитным расцепителем.
По этим же принципам работает бытовой предохранитель автоматический ПАР.
При разрыве больших токов создается электрическая дуга, энергия которой может выжечь контакты. Чтобы исключить ее действие в автоматических выключателях используется дугогасительная камера, разделяющая дуговой разряд на маленькие потоки и гасящая их за счет охлаждения.
Кратность отсечек модульных конструкций
Электромагнитные расцепители настраиваются и подбираются под работу с определенными нагрузками потому, что при запуске они создают разные переходные процессы. Например, во время включения различных светильников кратковременный бросок тока из-за изменяющегося сопротивления нити накала может приближаться к трем кратам номинальной величины.
Поэтому для розеточной группы квартир и цепей освещения принято выбирать автоматические выключатели с времятоковой характеристикой типа «В». Она составляет 3÷5 Iн.
Асинхронные двигатели при раскрутке ротора с приводом вызывают бо́льшие токи перегрузок. Для них подбирают автоматы с характеристикой «С», или - 5÷10 Iн. За счет созданного запаса по времени и току они позволяют двигателю раскрутиться и гарантированно выйти на рабочий режим без излишних отключений.
В промышленных производствах на станках и механизмах встречаются нагруженные привода, подключенные к двигателям, которые создают более увеличенные перегрузки. Для таких целей применяют автоматические выключатели характеристики «D» с номиналом 10÷20 Iн. Они хорошо себя зарекомендовали при работе в схемах с активно-индуктивными нагрузками.
Кроме того, у автоматов есть еще три вида стандартных времятоковых характеристик, которые применяются в специальных целях:
1. «А» - у длинных проводок с активной нагрузкой или защит полупроводниковых устройств с величиной 2÷3 Iн;
2. «K» - для выраженных индуктивных нагрузок;
3. «Z» - у электронных устройств.
В технической документации у разных производителей кратность срабатывания отсечки для последних двух типов может немного отличаться.
Этот класс устройств способен коммутировать бо́льшие токи, чем модульные конструкции. Их нагрузка может достигать величины до 3,2 килоампера.
Они изготавливаются по тем же принципам, что и модульные конструкции, но, с учетом повышенных требований к пропусканию увеличенной нагрузки, им стараются придать относительно маленькие габариты и высокое техническое качество.
Эти автоматы предназначены для безопасной работы на промышленных объектах. По величине номинального тока их условно делят на три группы с возможностью коммутации нагрузок до 250, 1000 и 3200 ампер.
Конструктивное исполнение их корпуса: трех- или четырехполюсные модели.
Силовые воздушные выключатели
Они работают в промышленных установках и оперируют токами очень больших нагрузок до 6,3 килоампера.
Это наиболее сложные устройства коммутационных аппаратов низковольтного оборудования. Они используются для работы и защиты электрических систем в качестве вводных и отходящих аппаратов распределительных установок повышенных мощностей и для подключения генераторов, трансформаторов, конденсаторов или мощных электродвигателей.
Схематичное изображение их внутреннего устройства показано на картинке.
Здесь используется уже двойной разрыв силового контакта и установлены дугогасящие камеры с решетками на каждой стороне отключения.
В алгоритме работы участвуют катушка включения, замыкающая пружина, мотор-привод взвода пружины и элементы автоматики. Для контроля протекающих нагрузок встроен трансформатор тока с защитной и измерительной обмоткой.
Автоматические выключатели высоковольтного оборудования относятся к очень сложным техническим устройствам и изготавливаются строго индивидуально под каждый класс напряжения. Они используются, как правило, .
К ним предъявляются требования:
высокой надежности;
безопасности;
быстродействия;
удобства пользования;
относительной бесшумности при работе;
оптимальной стоимости.
Нагрузки, которые разрывают при аварийном отключении, сопровождаются очень сильной дугой. Для ее гашения используются различные способы, включая разрыв цепи в специальной среде.
В состав такого выключателя входят:
контактная система;
дугогасительное устройство;
токоведущие части;
изолированный корпус;
приводной механизм.
Один из таких коммутационных аппаратов показан на фотографии.
Для качественной работы схемы в подобных конструкциях, кроме рабочего напряжения, учитывают:
номинальную величину тока нагрузки для надежной ее передачи во включенном состоянии;
максимальный ток короткого замыкания по действующему значению, который способен выдержать отключающий механизм;
допустимую составляющую апериодического тока в момент разрыва схемы;
возможности автоматического повторного включения и обеспечение двух циклов АПВ.
По способам гашения дуги во время отключения выключатели классифицируют на:
масляные;
вакуумные;
воздушные;
элегазовые;
автогазовые;
электромагнитные;
автопневматические.
Для надежной и удобной работы они снабжаются приводным механизмом, который может использовать один или несколько видов энергий либо их сочетаний:
взведенной пружины;
поднятого груза;
давления сжатого воздуха;
электромагнитного импульса от соленоида.
В зависимости от условий применения они могут создаваться с возможностью работы под напряжением от одного и до 750 киловольт включительно. Естественно, что они имеют разную конструкцию. габариты, возможности автоматического и дистанционного управления, настройку защит для безопасной эксплуатации.
Вспомогательные системы таких автоматических выключателей могут иметь очень сложную разветвленную структуру и размещаться на дополнительных панелях в специальных технических зданиях.
Цепи постоянного тока
В этих сетях тоже работает огромное число автоматических выключателей, обладающих разными возможностями.
Электрооборудование до 1000 вольт
Здесь массово внедряются современные модульные устройства, имеющие возможность крепления на Din-рейку.
Они успешно дополняют классы старых автоматов типа , АЕ и других подобных, которые закреплялись на стенках щитов винтовыми соединениями.
Модульные конструкции постоянного тока имеют такое же устройство и принцип работы, как их аналоги на переменном напряжении. Они могут выполняться одним или несколькими блоками и подбираются по нагрузке.
Электрооборудование выше 1000 вольт
Высоковольтные автоматические выключатели для постоянного тока работают на установках электролизного производства, металлургических промышленных объектах, железнодорожном и городском электрифицированном транспорте, предприятиях энергетики.
Основные технические требования к работе подобных устройств соответствуют их аналогам на переменном токе.
Гибридный выключатель
Ученым шведско-швейцарской компании ABB удалось разработать высоковольтный выключатель постоянного тока, сочетающий в своем устройстве две силовые конструкции:
1. элегазовую;
2. вакуумную.
Он получил название гибридного (HVDC) и использует технологию последовательного гашения дуги сразу в двух средах: гексафторида серы и вакуума. Для этого собрана следующее устройство.
На верхнюю шину гибридного вакуумного выключателя подводится напряжение, а с нижней шины элегазового - снимается.
Силовые части обоих коммутационных устройств соединены последовательно и управляются своими индивидуальными приводами. Чтобы они одновременно работали создано устройство управления синхронизированных координатных операций, которое передает команды на управляющий механизм с независимым питанием по оптоволоконному каналу.
За счет применения высокоточных технологий разработчикам конструкции удалось достичь согласованности действий исполнительных механизмов обоих приводов, которая укладывается в промежуток времени менее одной микросекунды.
Управление выключателем происходит от блока релейной защиты, встроенного через ретранслятор в линию электропередачи.
Гибридный выключатель позволил значительно повысить эффективность составных элегазовых и вакуумных конструкций за счет использования их совместных характеристик. При этом удалось реализовать преимущества перед другими аналогами:
1. способность надежно отключать токи КЗ при высоковольтном напряжении;
2. возможность небольшого усилия для проведения коммутаций силовых элементов, которая позволила значительно уменьшить габариты и. соответственно, стоимость оборудования;
3. доступность выполнения различных стандартов для создания конструкций, работающих в составе отдельного выключателя или компактных устройств на одной подстанции;
4. способность устранять последствия быстро возрастающего восстанавливающегося напряжения;
5. возможность формирования базового модуля для работы с напряжениями до 145 киловольт и выше.
Отличительная черта конструкции - способность разрывать электрическую цепь за 5 миллисекунд, что практически невозможно выполнять силовыми устройствами других конструкций.
Гибридное устройство выключателя отмечено в числе десяти лучших разработок за год по версии технологического обзора МТИ (Массачусетского технологического института).
Подобными исследованиями занимаются и другие производители электротехнического оборудования. Они тоже добились определенных результатов. Но компания АВВ опережает их в этом вопросе. Ее руководство считает, что при передаче электроэнергии переменного тока происходят ее большие потери. Их значительно можно снизить, используя цепи высоковольтного постоянного напряжения.
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.
Автоматические выключатели совсем не похожи на обычные, которые устанавливаются в каждой комнате для включения и выключения света (рис. 1). Их задача несколько другая. Автоматические выключатели устанавливаются в распределительных щитах и служат для предохранения цепи от скачков напряжения и непериодического отключения энергии на определенных участках электросети.
Рис. 1.
Автоматы , как их чаще называют, устанавливаются на входе в дом или квартиру и располагаются в специальных боксах, металлических или пластиковых (рис. 2).
Рис. 2. Распределительный щит с автоматами
Существует множество разновидностей автоматических выключателей. Некоторые из них служат лишь в качестве выключателей цепи и предохранения сети от перегрузки. Таковы, например, старые автоматические выключатели типа АЕ в черном карболитовом корпусе (рис. 3).
Рис. 3. Автоматический выключатель серии АЕ
В большинстве старых щитков в подъездах жилых домов стоят именно такие. Впрочем, они вполне надежны и эксплуатируются до сих пор.
Современные вариации допускают дополнительные функции, например защиту от токов пониженной нагрузки.
По времени срабатывания на недопустимое напряжение автоматы делятся на 3 вида: селективные, нормальные и быстродействующие. Время срабатывания нормального автомата колеблется от 0,02 до 0,1 с. В селективных автоматических выключателях это время такое же. Быстродействующие автоматические выключатели работают проворнее - у них данная величина составляет всего 0,005 с.
Все автоматические выключатели заключены в пластиковый небьющийся корпус со специальным креплением (планкой или рейкой) на задней плоскости. Устанавливать автомат на такое крепление очень легко - достаточно вставить его на рейку до щелчка. Снять можно при помощи отвертки, слегка потянув за специальное ушко сверху автоматического выключателя. Это существенно облегчает задачу по установке автомата в шкафу (рис. 4).
Рис. 4.
Внутри корпуса располагается «начинка» автомата, его главные предохранительные устройства, которых может быть 2 (рис. 5).
Рис. 5. Внутреннее
Речь идет об электромагнитном и тепловом расцепителях - своеобразных механизмах автоматического прерывания цепи. Биметаллическая пластина при нагревании проходящим через нее током недопустимо высокого значения распрямляется и размыкает контакты - это тепловой расцепитель. По времени срабатывания он самый медленный.
Электромагнитный расцепитель работает по правилу «мертвой руки». Катушка, находящаяся в центре автомата, непрерывно поддерживается на месте стабильным напряжением. Стоит ему выскочить за номинальные пределы, как катушка буквально выскакивает со своего места, разрывая цепь. Такой способ разрыва цепи самый быстрый.
У всех автоматических выключателей есть контакты для присоединения подходящих и отходящих проводов (рис. 6).
Рис. 6. Провода подсоединяются к контактам автоматического выключателя при помощи винтовых зажимов
Автоматы различают по степени чувствительности к срабатыванию отключения. В стандартных наиболее распространенных моделях чаще всего применяются автоматические выключатели с пороговым значением, примерно равным 140 % от номинального. При повышении напряжения в полтора раза срабатывает электромагнитный (быстрый) расцепитель. При незначительном превышении номинального напряжения работает тепловой расцепитель. Процесс отключения при этом может растянуться на часы, что сильно зависит от температуры внешней среды. Однако автомат среагирует на изменение напряжения в любом случае.
Автоматические выключатели различают по количеству полюсов. Что это значит? В одном автомате может быть несколько независимых друг от друга электрических линий, которые соединены между собой общим механизмом отключения (рис. 7 и 8). Автоматы бывают одно-, двух-, трех- и четырехполюсными (это касается бытового применения).
Рис. 7. в пластиковом боксе в выключенном состоянии
Рис. 8. : все линии срабатывают одновременно при отключении, они соединены вместе при помощи одной перемычки рычага
У автоматического выключателя есть различия по другим показателям. Они отличаются по пороговой силе тока, которую пропускают через себя. Чтобы автомат мог сработать и в аварийной ситуации отключить электросеть, он должен быть настроен на определенный порог чувствительности. Такую настройку производит изготовитель, поэтому на автомате сразу пишут числовое значение данного порога. Для бытовых нужд используют автоматы с показателями 6,3, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 100 и 160 А (рис. 9). Есть автоматы со значениями и 1000, и 2600 А, но в быту они не используются. Эти цифры означают суммарную мощность всех потребителей электрического тока, которые будут подключаться к цепи, «охраняемой» автоматом.
Чувствительность автомата
необходимо рассчитывать не только по суммарной мощности предполагаемых энергопотребителей, но и проводке, и электромонтажным изделиям - розеткам и выключателям.
В таблице 1 представлена типология автоматов.
Таблица 1. Типы автоматов
| Тип | Назначение |
| A | Дляразмыкания цепей с большой протяженностью электропроводки и защитыполупроводниковых устройств |
| B | Дляосветительных сетей общего назначения |
| C | Дляосветительных цепей и электроустановок с умеренными пусковыми токами(двигателей и трансформаторов) |
| D | Дляцепей с активно-индуктивной нагрузкой, а также защиты электродвигателейс большими пусковыми токами |
| K | Для индуктивных нагрузок |
| Z | Дляэлектронных устройств |
Таблица 2. Двухжильный проложенный в коробе медный кабель
| Сечение,мм2 | Сила тока кабеля/1,45, А | Автомат, А | Превышение силы тока, % | |
| 1,5 | 19 | 13,1 | 13 | - |
| 2,5 | 27 | 18,62 | 16 | - |
| 4 | 38 | 26,2 | 25 | - |
| 6 | 50 | 34,48 | 32 | - |
| 10 | 70 | 48,27 | 40(50) | 3,5 |
| 16 | 90 | 62,06 | 50(63) | 1,5 |
Таблица 3. Двухжильный проложенный в коробе медный провод
| Сечение,мм2 | Максимальная длительная сила тока кабеля, А | Сила тока кабеля/1,45, А | Автомат, А | Превышение силы тока, % |
| 1 | 15 | 10,34 | 10 | - |
| 1,5 | 18 | 12,41 | 10(13) | 4,7 |
| 2 | 23 | 15,86 | 13(16) | 0,87 |
| 2,5 | 25 | 17,24 | 16 | - |
| 4 | 32 | 22,06 | 20 | - |
| 6 | 40 | 27,58 | 25 | - |
| 10 | 48 | 33,1 | 32 | - |
| 16 | 55 | 37,93 | 32(40) | 5,4 |
Максимальный длительный ток кабеля принят для температуры жил +65 и воздуха +25 °C. Количество одновременно прокладываемых проводников - до 4. Ряд автоматов: 0,5 A, 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 6 A, 10 A, 13 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 50 A и 63 A. Данные табл. 3 подходят и для трехжильного кабеля. В этом случае третья жила должна быть проводом защитного заземления или зануления.
Рис. 9. Ряд из однополюсных автоматов на 16 А. Допустим, за отдельный участок в квартире, например кухню, у нас отвечает один автомат на 6,3 А (бывает и такое - электрики пошутили). По известной формуле Ватт = Вольт х Ампер вычисляем, сколько приборов (и каких) может питаться от нашей сети. Получается, что это значение равно 1386 Вт, поскольку напряжение по умолчанию 220 В. Значит, на такой кухне нельзя включить даже мощный чайник, не говоря уже о холодильнике или электроплите - автомат сработает мгновенно и не даст недопустимому, на его взгляд, току проходить на подконтрольную территорию. В данном случае надо срочно менять автоматический выключатель на 25 или даже 32 А.
