Ця стаття продовжує серію публікацій з електричним апаратам захисту— автоматичним вимикачам, ПЗВ, дифавтоматам, у яких ми докладно розберемо призначення, конструкцію та принцип їх роботи, а також розглянемо їх основні характеристики та детально розберемо розрахунок та вибір електричних апаратів захисту. Завершить цей цикл статей покроковий алгоритм, в якому коротко, схематично та в логічній послідовності буде розглянуто повний алгоритм розрахунку та вибору автоматичних вимикачів та ПЗВ.

Щоб не пропустити вихід нових матеріалів на цю тему, підписуйтесь на розсилку новин, форма підписки внизу цієї статті.

Ну а в цій статті ми розберемося, що таке автоматичний вимикач, для чого призначений, як він влаштований і розглянемо, як він працює.

Автоматичний вимикач(або зазвичай просто "автомат") - це контактний комутаційний апарат, який призначений для включення та відключення (тобто для комутації) електричного ланцюга, захисту кабелів, проводів та споживачів ( електричних приладів) від струмів перевантаження та від струмів короткого замикання.

Тобто. автоматичний вимикач виконує три основні функції:

1) комутацію ланцюга (дозволяє включати та відключати конкретну ділянку електричного ланцюга);

2) забезпечує захист від струмів перевантаження, відключаючи ланцюг, що захищається, коли в ньому протікає струм, що перевищує допустимий (наприклад, при підключенні в лінію потужного приладу або приладів);

3) відключає від мережі живлення ланцюг, що захищається, коли в ній виникають великі за значенням струми короткого замикання.

Таким чином, автомати виконують одночасно і функції захистута функції управління.

за конструктивному виконаннювипускаються три основні типи автоматичних вимикачів:

— повітряні автоматичні вимикачі (Застосовуються в промисловості в ланцюгах з великими струмами в тисячі ампер);

— автоматичні вимикачі в литому корпусі (Розраховані на великий діапазон робочих струмів від 16 до 1000 Ампер);

— модульні автоматичні вимикачі , найбільш відомі нам, до яких ми звикли. Вони широко застосовуються в побуті, в наших будинках та квартирах.

Модульними вони називаються тому, що їхня ширина стандартизована і в залежності від кількості полюсів, кратна 17.5 мм, більш докладно це питання буде розглянуте в окремій статті.

Ми з вами, на сторінках сайту, розглядатимемо саме модульні автоматичні вимикачі та пристрої захисного відключення.

Пристрій та принцип роботи автоматичного вимикача.

Тепловий розчіплювач спрацьовує не відразу, а через якийсь час, даючи можливість струму перевантаження повернутися до свого нормального значення. Якщо протягом цього часу струм не знижується, тепловий розчіпувач спрацьовує, захищаючи ланцюг споживачів від перегріву, оплавлення ізоляції і можливого займання проводки.

До перевантаження може призводити підключення в лінію потужних приладів, що перевищують розрахункову потужність ланцюга, що захищається. Наприклад, при включенні в лінію дуже потужного нагрівача або електроплити з духовкою (з потужністю, що перевищує розрахункову потужність лінії), або одночасно декілька потужних споживачів (електроплита, кондиціонер, пральна машина, бойлер, електрочайник і т.п.), або великої кількостіодночасно увімкнених приладів.

При короткому замиканні Струм в ланцюгу миттєво зростає, що наводиться в котушці за законом електромагнітної індукції магнітне поле переміщає сердечник соленоїда, який приводить в дію механізм розчіплювача і розмикає силові контакти автоматичного вимикача (тобто рухомий і нерухомий контакти). Лінія розмикається, дозволяючи зняти з аварійного ланцюга живлення та захистити від загоряння та руйнування сам автомат, електропроводку та електроприлад.

Електромагнітний розчіплювач спрацьовує практично миттєво (близько 0,02с), на відміну від теплового, але за значно більших значень струму (від 3-х і більше значень номінального струму), тому електропроводка не встигає нагрітися до температури плавлення ізоляції.

При розмиканні контактів ланцюга, коли в ньому проходить електричний струм, виникає електрична дуга, і що більше струм у ланцюгу — то дуга потужніша. Електрична дуга викликає ерозію та руйнування контактів. Щоб захистити контакти автоматичного вимикача від її дії, що руйнує, дуга, що виникає в момент розмикання контактів, направляється в дугогасну камеру (що складається з паралельних пластин), де вона дробиться, згасає, охолоджується та зникає. При горінні дуги утворюються гази, вони відводяться назовні з корпусу автомата через спеціальний отвір.

Автомат не рекомендується використовувати як звичайний вимикач ланцюга, особливо якщо його відключати при підключеному потужному навантаженні (тобто при великих струмах в ланцюзі), оскільки це прискорить руйнування та ерозію контактів.

Отже, давайте резюмуємо:

- автоматичний вимикач дозволяє комутувати ланцюг (переводячи важіль управління вгору - автомат підключається до ланцюга; переводячи важіль вниз - автомат відключає лінію живлення від ланцюга навантаження);

- має вбудований тепловий розчіплювач, який захищає лінію навантаження від струмів перевантаження, він інерційний та спрацьовує через деякий час;

- має вбудований електромагнітний розчіплювач, що захищає лінію навантаження від великих струмів короткого замикання та спрацьовує майже миттєво;

- Містить дугогасну камеру, яка захищає силові контакти від руйнівної дії електромагнітної дуги.

Конструкцію, призначення та принцип дії ми розібрали.

У наступній статті ми розглянемо основні характеристики автоматичного вимикача, які потрібно знати під час його вибору.

Дивіться Конструкція та принцип роботи автоматичного вимикачау відеоформаті:

Корисні статті

Тепловий розчіплювач- Забезпечує захист тільки від перевантажень по струму.

Електромагнітний розчіплювач- забезпечує захист тільки від коротких замикань.

Термомагнітний (магнітотермічний, комбінований) розчіплювач- складається з двох типів розчіплювачів - теплового та електромагнітного. Забезпечує захист від перевантаження по струму і від коротких замикань.

Термомагнітний (магнітотермічний, комбінований) розчіплювач, із захистом від струмів витоків- крім захисту від перевантажень та коротких замикань забезпечує захист людей та електроустановок від замикання на землю.

Електронний розчіплювач (електронний блокзахисту - Overcurrent Release) - (залежно від виконання) забезпечує максимальну кількість типів захисту.

Влаштування розчеплювачів

Тепловий розчіплювач

Тепловий розчіплювач являє собою біметалеву пластину, яка при нагріванні згинається та впливає на механізм вільного розчеплення. Біметалеву пластину виготовляють методом механічного з'єднання двох металевих стрічок. Вибираються два матеріали з різними коефіцієнтами температурного розширення та з'єднуються між собою за допомогою спаювання, заклепування або зварюються.

Переваги:

• немає рухливих елементів;
• невибагливість до забруднень;
• простота конструкції;
• найнижча ціна.

Недоліки:

• високе споживання енергії;
• чутливі до змін температури навколишнього середовища;
• при нагріванні від сторонніх джерел можуть викликати помилкові спрацьовування.

Електромагнітний розчіплювач

Електромагнітний розчіплювач є пристроєм миттєвої дії. Є соленоїдом, сердечник якого впливає на механізм вільного розчеплення. При протіканні по обмотці соленоїда надструму створюється магнітне поле, яке переміщає сердечник, з подоланням опору зворотної пружини.

ЕМ розчіплювач може налаштовуватися (на заводі виробником або споживачем) на спрацьовування при струмах КЗ значеннями від 2 до 20 In. Похибка настройки варіюється близько ±20% від заданого значення сили струму для вимикачів у литому корпусі.
Для автоматичних силових вимикачів уставку спрацьовування при короткому замиканні (значення струму, при якому ініціюється розчеплення) можуть вказувати як значенням в амперах, так і в кратності номінальному струму.
Зустрічаються уставки: 3,5In; 7In, 10In; 12In та інші.

Переваги:

• простота конструкції;

Недоліки:

• створює магнітне поле.

Термомагнітний розчіплювач

Тепловий розчіплювач - це біметалічна пластина, що складається з двох шарів сплавів із різними коефіцієнтами термічного розширення. При проходженні електричного струму пластина нагрівається та згинається у бік шару з меншим коефіцієнтом термічного розширення. При перевищенні заданого значення сили струму, вигин пластини досягає величини, достатньої для приведення в дію механізму розчеплення, і ланцюг розмикається, відсікаючи навантаження, що захищається.

Електромагнітний розчіплювач складається з соленоїда з рухомим сталевим сердечником, що утримується пружиною. При перевищенні заданого значення струму за законом електромагнітної індукції в котушці наводиться електромагнітне поле, під дією якого сердечник втягується всередину котушки соленоїда, долаючи опір пружини, і спрацьовує механізм розчеплення. У нормальному режимі роботи в котушці також наводиться магнітне поле, але його сили недостатньо, щоб подолати опір пружини та втягнути сердечник.

Як працює автомат у режимі перевантаження

Режим перевантаження виникає, коли струм у підключеному до автомата ланцюга перевищує номінальне значення, яке розрахований автоматичний вимикач. При цьому підвищений струм, що проходить через тепловий розчіплювач, викликає підвищення температури біметалічної пластиниі, відповідно, збільшення її вигину до спрацьовування механізму розчеплення. Автомат вимикається та розмикає ланцюг.

Спрацьовування теплового захисту не відбувається миттєво, оскільки на розігрів біметалічної пластини потрібно деякий час. Цей час може змінюватись в залежності від величини перевищення номінального значення струму від декількох секунд до години.

Така затримка дозволяє уникнути відключення живлення при випадкових та нетривалих підвищеннях струму в ланцюзі (наприклад, при включенні електродвигунів, які мають великі пускові струми).

Мінімальне значення струму, при якому повинен спрацювати тепловий розчіплювач, встановлюється за допомогою гвинта на заводі-виробнику. Зазвичай це значення у 1,13-1,45 разів перевищує номінал, вказаний на маркуванні автомата.

На величину струму, за якого спрацює тепловий захист, впливає і температура навколишнього середовища. У спекотному приміщенні біметалічна пластина прогріється і вигнути до спрацьовування при меншому струмі. А в приміщеннях з низькими температурамиСтрум, при якому спрацює тепловий розчіплювач, може виявитися вище допустимого.

Причиною перевантаження мережі є підключення до неї споживачів, сумарна потужність яких перевищує розрахункову потужність мережі, що захищається. Одночасне включення різних видів потужної побутової техніки (кондиціонер, електрична плита, пральна та посудомийна машина, праска, електрочайник і т.д.) - цілком може призвести до спрацьовування теплового розчіплювача.

У цьому випадку визначтеся, які із споживачів можна вимкнути. І не поспішайте знову вмикати автомат. Ви все одно не зможете звести його в робоче положення, поки він не охолоне, а біметалічна пластина розчіплювача не повернеться у свій вихідний стан. Тепер ви знаєте як працює автоматичний вимикач під час перевантаження

Як працює автомат у режимі короткого замикання

У разі короткого замикання принцип роботи автоматичного вимикача інший. При короткому замиканні струм у ланцюзі різко і багаторазово зростає до значень, здатних розплавити проводку, а точніше ізоляцію електропроводки. Для того, щоб запобігти такому розвитку подій, необхідно миттєво розірвати ланцюг. Електромагнітний розчіплювач саме так і спрацьовує.

Електромагнітний розчіплювач є котушкою соленоїда, всередині якої розташований сталевий сердечник, що утримується у фіксованому положенні пружиною.

Багаторазове зростання струму в обмотці соленоїда, що відбувається при короткому замиканні в ланцюгу, призводить до пропорційного зростання магнітного потоку, під дією якого сердечник втягується в котушку соленоїда, долаючи опір пружини, і натискає на планку спуску механізму розчеплення. Силові контакти автомата розмикаються, перериваючи живлення аварійної ділянки ланцюга.

Таким чином, спрацьовування електромагнітного розчіплювача захищає від займання та руйнування електропроводку, що замкнув електроприлад і сам автомат. Час спрацьовування становить близько 0,02 секунди, і електропроводка не встигає розігрітися до небезпечних температур.

У момент розмикання силових контактів автомата, коли з них проходить великий струм, з-поміж них виникає електрична дуга, температура якої може досягати 3000 градусів.

Щоб захистити контакти та інші деталі автомата від руйнівного впливу цієї дуги, в конструкції автомата передбачена камера дугогасіння. Дугогасна камера є решіткою з набору металевих пластин, які ізольовані один від одного.

Дуга виникає в місці розмикання контакту, а потім один її кінець рухається разом з рухомим контактом, а другий ковзає спочатку нерухомим контактом, а потім з'єднаним з ним провіднику, що веде до задній стінцідугогасної камери.

Там вона ділиться (дробиться) на пластинах дугогасної камери, слабшає та гасне. У нижній частині автомата передбачені спеціальні отвори для відведення газів, що утворюються під час горіння дуги.

У разі відключення автомата при спрацьовуванні електромагнітного розчіплювача, ви не зможете користуватися електрикою до тих пір, поки не знайдете і не усунете причину короткого замикання. Найімовірніше причина у несправності одного зі споживачів.

Вимкніть усі споживачі та спробуйте увімкнути автомат. Якщо вам це вдалося і автомат не вибиває, значить, справді - винен один із споживачів і вам залишилося з'ясувати який саме. Якщо ж автомат і з відключеними споживачами знову вибиває, значить все набагато складніше, і ми маємо справу із пробоєм ізоляції проводки. Доведеться шукати, де це сталося.

Ось такий принцип роботи автоматичного вимикача за умов різних аварійних ситуацій.

Якщо вимкнення автоматичного вимикача стало для вас постійною проблемою, не намагайтеся вирішити її встановленням автомата з великим номінальним струмом.

Автомати встановлюються з урахуванням перетину вашої проводки, і, отже, більший струм у мережі просто не допускається. Знайти вирішення проблеми можна лише після повного обстеження системи електропостачання вашого житла професіоналами.

Критерій вибору автоматичних вимикачів

Основними показниками на які посилаються при виборі автоматів є:

Кількість полюсів;

Номінальна напруга;

Максимальний робочий струм;

Відключаюча здатність (струм короткого замикання).

Кількість полюсів

Кількість полюсів автомата визначається серед фаз мережі. Для встановлення в однофазній мережі використовують однополюсні або двополюсні. Для трифазної мережі застосовують три- і чотириполюсні (мережі із системою заземлення нейтралі TN-S). У побутових секторах зазвичай використовують одно-або двополюсні автомати.

Номінальна напруга

Номінальна напруга автомата - це напруга, на яку розрахований сам автомат. Незалежно від місця встановлення напруга автомата повинна бути рівною або більшою за мережу:

Максимальний робочий струм

Максимальний робочий струм. Вибір автоматів по максимальному робочому струму полягає в тому, щоб номінальний струм автомата (номінальний струм розчіплювача) був більшим або дорівнює максимальному робочому (розрахунковому) струму, який може тривало проходити по ділянці ланцюга, що захищається, з урахуванням можливих перевантажень:

Щоб дізнатися про максимальний робочий струм для ділянки мережі (наприклад для квартири) потрібно знайти сумарну потужність. Для цього підсумовуємо потужність всіх приладів, які підключатимуться через даний автомат (холодильник, телевізор, св-піч і т.п.). Величину струму з отриманої потужності можна знайти двома способами: методом зіставлення або за формулою.

Для мережі 220 В при навантаженні в 1 кВт струм становить 5 А. У мережі з напругою 380 В величина струму для 1 кВт потужності становить 3 А. За допомогою такого варіанту зіставлення можна знайти струм через відому потужність. Наприклад, сумарна потужність у квартирі вийшла 4.6 кВт, струм при цьому дорівнює приблизно 23 А. Для більш точного знаходження струму можна скористатися відомою формулою:

Для побутових електроприладів.

Вимикаюча здатність

Вимикаюча здатність. Вибір автомата по номінальному струму відключення зводиться до того, щоб струм який автомат здатний відключити був більше струму короткого замикання в точці установки апарата: Номінальний струм відключення це найбільший струм к.з. який автомат здатний відключити при номінальній напрузі.

При виборі автоматів промислового призначенняїх додатково перевіряють на:

Електродинамічна стійкість:

Термічну стійкість:

Автоматичні вимикачі випускаються з такою шкалою номінальних струмів: 4, 6, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 100 та 160 А.

У житлових секторах (будинки, квартири) зазвичай встановлюють двополюсні автомати з номіналом 16 або 25 А і струмом відключення 3 кА.

Що таке час струмові характеристики автоматичних вимикачів

При нормальній роботі електромережі та всіх приладів через автоматичний вимикач протікає електричний струм. Однак якщо сила струму з якихось причин перевищила номінальні значення, відбувається розмикання ланцюга через спрацьовування автоматичних вимикачів.

Характеристика спрацьовування автоматичного вимикача є дуже важливою характеристикою, Яка описує те, наскільки час спрацьовування автомата залежить від відношення сили струму, що протікає через автомат, до номінального струму автомата.

Ця характеристика складна тим, що з її висловлювання необхідне використання графіків. Автомати з тим самим номіналом будуть при різних перевищеннях струму по-різному відключатися залежно від типу кривої автомата (так іноді називається струмова характеристика), завдяки чому є можливість застосовувати автомати з різною характеристикоюдля різних типівнавантаження.

Тим самим, з одного боку, здійснюється захисна струмова функція, а з іншого боку, забезпечується мінімальна кількість хибних спрацьовувань- у цьому полягає важливість даної характеристики.

В енергетичних галузях бувають ситуації, коли короткочасне збільшення струму не пов'язане з появою аварійного режиму та захист не повинен реагувати на такі зміни. Це саме стосується і автоматів.

При включенні якогось двигуна, наприклад, дачного насоса або пилососа, в лінії відбувається досить великий кидок струму, який у кілька разів перевищує нормальний.

За логікою роботи, автомат, звичайно ж, має відключитися. Наприклад, двигун споживає в пусковому режимі 12 А, а в робочому - 5. Автомат стоїть на 10 А, і від 12 його вирубає. Що в такому разі робити? Якщо поставити на 16 А, тоді незрозуміло відключиться він чи ні якщо заклинить мотор або замкне кабель.

Можна було б вирішити цю проблему, якщо його поставити на менший струм, але тоді він спрацьовуватиме від будь-якого руху. Ось для цього і було придумано таке поняття для автомата, як його час струмова характеристика.

Які існують час струмові характеристики автоматичних вимикачів та їх відмінність між собою

Як відомо основними органами спрацьовування автоматичного вимикача є тепловий та електромагнітний розчіплювач.

Тепловий розчіплювач являє собою пластину з біметалу, що згинається при нагріванні струмом, що протікає. Тим самим у дію наводиться механізм розчеплення, при тривалому навантаженні спрацьовуючи, із зворотнозалежною витримкою часу. Нагрів біметалічної пластинки та час спрацьовування розчіплювача безпосередньо залежать від рівня навантаження.

Електромагнітний розчіплювач є соленоїдом із сердечником, магнітне поле соленоїда при певному струмі втягує сердечник, що приводить в дію механізм розчеплення - відбувається миттєве спрацьовування при КЗ, завдяки чому потерпіла ділянка мережі не чекатиме прогрівання теплового розчіплювача (біметалічної пластини) в автоматі.

Залежність часу спрацьовування автомата від сили струму, що протікає через автомат, таки визначається час струмової характеристикою автоматичного вимикача.

Напевно, кожен помічав зображення латинських букв B, C, D на корпусах модульних автоматів. Так вони характеризують кратність уставки електромагнітного розчіплювача до номіналу автомата, позначаючи його час струмову характеристику.

Ці букви вказують струм миттєвого спрацьовування електромагнітного розчіплювача автомата. Простіше кажучи, характеристика спрацьовування автоматичного вимикача показує чутливість автомата - найменший струм, при якому автомат відключиться миттєво.

Автомати мають кілька характеристик, найпоширенішими з яких є:

B - від 3 до 5 × In;

C - від 5 до 10 × In;

D - від 10 до 20 × In.

Що означають цифри, вказані вище?

Наведу невеликий приклад. Припустимо, є два автомати однакової потужності (рівні за номінальним струмом) але характеристики спрацьовування ( латинські літерина автоматі) різні: автомати В16 та С16.

Діапазони спрацьовування електромагнітного розчіплювача для В16 становить 16 * (3 ... 5) = 48 ... 80А. Для С16 діапазон струмів миттєвого спрацьовування 16 * (5 ... 10) = 80 ... 160А.

При струмі 100 А автомат В16 відключиться практично миттєво, тоді як С16 відключиться не відразу через кілька секунд від теплового захисту (після того як нагріється його біметалічна пластина).

У житлових будинках і квартирах, де навантаження чисто активні (без великих пускових струмів), а якісь потужні мотори включаються нечасто, найчутливішими та кращими до застосування є автомати з характеристикою B. На сьогоднішній день дуже поширена характеристика С, яку також можна використовувати для житлових та адміністративних будівель.

Що стосується характеристики D, то вона підходить для живлення будь-яких електромоторів, великих двигунів та інших пристроїв, де можуть бути при їх включенні великі пускові струми. Також через знижену чутливість при КЗ автомати з характеристикою D можуть бути рекомендовані для використання як вступні для підвищення шансів селективності з груповими АВ при КЗ, що стоять нижче.

Що захищає автоматичний вимикач

Перед тим, як підбирати автомат, варто розібратися, як він працює і що він захищає. Багато людей вважають, що автомат захищає побутові прилади. Однак, це абсолютно не так. Автомату немає жодної справи до приладів, які ви підключаєте до мережі – він захищає електропроводку від навантаження.

Адже при перевантаженні кабелю або виникненні короткого замикання зростає сила струму, що призводить до перегріву кабелю і навіть займання проводки.

Особливо сильно зростає сила струму при короткому замиканні. Розмір сили струму може зрости до кількох тисяч ампер. Звичайно, ніякий кабель не здатний довго протриматися за такого навантаження. Тим більше, кабель перерізом 2,5 кв. мм, який часто використовують для прокладання електропроводки у приватних домоволодіннях та квартирах. Він просто загориться, як бенгальський вогонь. А відкритий вогоньу приміщенні може призвести до пожежі.

Тому правильний розрахунок автоматичного вимикача відіграє дуже велику роль. Аналогічна ситуація виникає під час перевантажень - автоматичний вимикач захищає саме електропроводку.

Коли навантаження перевищує допустиме значення, сила струму різко зростає, що призводить до нагрівання дроту та оплавлення ізоляції. У свою чергу, це може призвести до короткого замикання. А наслідки такої ситуації передбачувані – відкритий вогонь та пожежа!

За якими струмами роблять розрахунок автоматів

Функція автоматичного вимикача полягає у захисті електропроводки, підключеної після нього. Основним параметром, яким виробляють розрахунок автоматів, є номінальний струм. Але номінальний струм чого, навантаження чи дроту?

Виходячи з вимог ПУЕ 3.1.4, струми уставок автоматичних вимикачів, які служать для захисту окремих ділянок мережі, вибираються по можливості менше розрахункових струмів цих ділянок або за номінальним струмом приймача.

Розрахунок автомата за потужністю (по номінальному струму електроприймача) роблять, якщо дроти по всій довжині на всіх ділянках електропроводки розраховані на таке навантаження. Тобто допустимий струмелектропроводки більше номіналу автомата.

Наприклад, на ділянці, де використовується провід перетином 1 кв. мм, величина навантаження становить 10 квт. Вибираємо автомат за номінальним струмом навантаження - встановлюємо автомат на 40 А. Що станеться в цьому випадку? Провід почне грітися і плавитися, оскільки він розрахований на номінальний струм 10-12 ампер, а крізь нього проходить струм 40 ампер. Автомат відключиться лише тоді, коли станеться коротке замикання. В результаті може вийти з ладу проводка і навіть трапиться пожежа.

Тому визначальною величиною для вибору номінального струму автомата є переріз струмопровідного дроту. Величина навантаження враховується лише після вибору перетину дроту. Номінальний струм, вказаний на автоматі, повинен бути меншим за максимальний струм, допустимий для проведення даного перерізу.

Таким чином, вибір автомата виробляють мінімального перерізудроти, який використовується у проводці.

Наприклад, допустимий струм для мідного дроту перерізом 1,5 кв. мм становить 19 ампер. Значить, для даного дроту вибираємо найближче значення номінального струму автомата у менший бік, що становить 16 ампер. Якщо вибрати автомат зі значенням 25 ампер, то проводка грітиметься, оскільки провід даного перерізу не призначений для такого струму. Щоб правильно зробити розрахунок автоматичного вимикача, необхідно в першу чергу враховувати перетин дроту.

Основна відмінність цих комутаційних апаратіввід решти подібних пристроїв полягає у комплексному поєднанні здібностей:

1. довгостроково підтримувати номінальні навантаження у системі з допомогою надійного пропускання через свої контакти потужних потоків електроенергії;

2. захищати працююче обладнання від випадково виникаючих несправностей електричної схемиза рахунок швидкого зняття з нього харчування.

При нормальних умовахексплуатації обладнання оператор може вручну комутувати навантаження автоматичними вимикачами, забезпечуючи:

різні схемихарчування;

зміна конфігурації мережі;

виведення обладнання із роботи.

Аварійні ситуації у електричних системах виникають миттєво та стихійно. Людина не здатна швидко зреагувати на їхню появу і вжити заходів до усунення. Ця функція покладається на автоматичні пристрої, вбудовані у вимикач.

В енергетиці прийнято поділ електричних систем за видами струму:

постійний;

змінний синусоїдальний.

Крім того, існує класифікація обладнання за величиною напруги на:

низьковольтне – менше тисячі вольт;

високовольтне – все інше.

Для всіх типів цих систем створюються автоматичні вимикачі, призначені для багаторазової роботи.

Ланцюги змінного струму

За потужністю електроенергії, що передається, автоматичні вимикачі в ланцюгах змінного струму умовно поділяють на:

1. модульні;

2. у литому корпусі;

3. силові повітряні.

Модульні конструкції

Специфічне виконання у вигляді невеликих стандартних модулів з кратною шириною 17,5 мм визначає їх назву та конструкцію з можливістю установки на Din-рейку.

Внутрішній пристрій одного з подібних автоматичних вимикачів показано на зображенні. Його корпус повністю виготовлений із міцного діелектричного матеріалу, що виключає .

Живлячий та відхідний дроти підключаються на верхній та нижній клемний затискач відповідно. Для ручного керування станом вимикача встановлено важіль із двома фіксованими положеннями:

верхнє призначене для подачі струму через замкнений силовий контакт;

нижнє – забезпечує розрив ланцюга живлення.

Кожен із подібних автоматів розрахований на тривалу роботуза певної величини (Iн). Якщо ж навантаження стає більше, відбувається розрив силового контакту. Для цього всередині корпусу розміщено два види захисту:

1. тепловий розчіплювач;

2. струмове відсікання.

Принцип їх роботи дозволяє пояснити частокова характеристика, що виражає залежність часу спрацьовування захисту від струму навантаження або аварії, що проходить крізь неї.

Представлений на малюнку графік наведено для одного конкретного автоматичного вимикача, коли зона роботи відсічення обрана 5÷10 крат номінального струму.

При початковому перевантаженні працює тепловий розчіплювач, виконаний з , яка при збільшеному струмі поступово нагрівається, згинається і впливає на механізм, що відключає не відразу, а з певною затримкою за часом.

У такий спосіб він дозволяє невеликим перевантаженням, пов'язаним із короткочасним підключенням споживачів, самоусунутись та виключити зайві відключення. Якщо ж навантаження забезпечить критичний нагрів проводки та ізоляції, відбувається розрив силового контакту.

Коли ж в ланцюзі, що захищається, виникає аварійний струм, здатний своєю енергією спалити обладнання, то в роботу вступає електромагнітна котушка. Вона імпульсом за рахунок кидка навантаження, що виникла, викидає сердечник на відключаючий механізм з метою миттєвого припинення позамежного режиму.

На графіці видно, що чим вищі струми коротких замикань, тим швидше відбувається їх відключення електромагнітним розчіплювачем.

За цими ж принципами працює побутовий запобіжник автоматичної ПАР.

При розриві високих струмів створюється електрична дуга, енергія якої може випалити контакти. Щоб унеможливити її дію в автоматичних вимикачах використовується дугогасна камера, що розділяє дуговий розряд на маленькі потоки і гасить їх за рахунок охолодження.

Кратність відсікання модульних конструкцій

Електромагнітні розчіплювачі налаштовуються та підбираються під роботу з певними навантаженнями тому, що при запуску вони створюють різні перехідні процеси. Наприклад, під час включення різних світильниківкороткочасний кидок струму через змінний опір нитки розжарення може наближатися до трьох крат номінальної величини.

Тому для розеткової групи квартир і ланцюгів освітлення прийнято вибирати автоматичні вимикачі з характеристиками часу струму типу «В». Вона становить 3÷5 Iн.

Асинхронні двигуни при розкручуванні ротора з приводом викликають великі струми перевантажень. Для них підбирають автомати з характеристикою «С», або – 5÷10 Iн. За рахунок створеного запасу за часом та струмом вони дозволяють двигуну розкрутитися та гарантовано вийти на робочий режим без зайвих вимкнень.

У промислових виробництвахна верстатах та механізмах зустрічаються навантажені приводи, підключені до двигунів, що створюють більш збільшені навантаження. Для таких цілей застосовують автоматичні вимикачі характеристики D з номіналом 10÷20 Iн. Вони добре себе зарекомендували під час роботи у схемах з активно-індуктивними навантаженнями.

Крім того, автомати мають ще три види стандартних частокових характеристик, які застосовуються в спеціальних цілях:

1. "А" - у довгих проводок з активним навантаженням або захистів напівпровідникових пристроїв з величиною 2÷3 Iн;

2. "K" - для виражених індуктивних навантажень;

3. "Z" - у електронних пристроїв.

У технічної документаціїу різних виробниківкратність спрацьовування відсікання для останніх двох типів може трохи відрізнятися.

Цей клас пристроїв здатний комутувати більші струми, ніж модульні конструкції. Їхнє навантаження може досягати величини до 3,2 кілоампера.

Вони виготовляються за тими ж принципами, що і модульні конструкції, але, з урахуванням підвищених вимог до пропускання збільшеного навантаження, їм намагаються надати відносно невеликі габарити та високу технічну якість.

Ці автомати призначені для безпечної роботина промислових об'єктах. За величиною номінального струму їх умовно поділяють на три групи з можливістю комутації навантажень до 250, 1000 та 3200 ампер.

Конструктивне виконання їх корпусу: три- або чотириполюсні моделі.

Силові повітряні вимикачі

Вони працюють у промислових установках та оперують струмами дуже великих навантажень до 6,3 кілоампера.

Це найскладніші пристрої комутаційних апаратів низьковольтного устаткування. Вони використовуються для роботи та захисту електричних систем як вступні та відхідні апарати розподільних установок підвищених потужностей і для підключення генераторів, трансформаторів, конденсаторів або потужних електродвигунів.

Схематичне зображення їх внутрішнього пристроюпоказано на зображенні.

Тут використовується вже подвійний розрив силового контакту і встановлені камери з ґратами на кожній стороні відключення.

В алгоритмі роботи беруть участь котушка включення, пружина, що замикає, мотор-привод взводу пружини та елементи автоматики. Для контролю протікаючих навантажень вбудований трансформатор струму із захисною та вимірювальною обмоткою.

Автоматичні вимикачі високовольтного обладнання відносяться до дуже складних технічним пристроямта виготовляються строго індивідуально під кожен клас напруги. Вони використовуються, як правило, .

До них висуваються вимоги:

високої надійності;

безпеки;

швидкодії;

зручності користування;

відносної безшумності під час роботи;

оптимальної вартості.

Навантаження, які розривають при аварійному відключенні, Супроводжуються дуже сильною дугою. Для її гасіння використовуються різні способи, включаючи розрив ланцюга у спеціальному середовищі.

До складу такого вимикача входять:

контактна система;

дугогасний пристрій;

струмопровідні частини;

ізольований корпус;

приводний механізм.

Один із таких комутаційних апаратів показаний на фотографії.

Для якісної роботисхеми в подібних конструкціях, крім робочої напруги, враховують:

номінальну величину струму навантаження для надійної передачі у включеному стані;

максимальний струм короткого замикання за чинним значенням, який здатний витримати механізм, що відключає;

допустиму складову аперіодичного струму в момент розриву схеми;

можливості автоматичного повторного включеннята забезпечення двох циклів АПВ.

За способами гасіння дуги під час відключення вимикачі класифікують на:

олійні;

вакуумні;

повітряні;

елегазові;

автогазові;

електромагнітні;

автопневматичні.

Для надійної та зручної роботивони мають приводний механізм, який може використовувати один або кілька видів енергій або їх поєднань:

зведеної пружини;

піднятого вантажу;

тиску стиснутого повітря;

електромагнітного імпульсувід соленоїда.

Залежно від умов застосування вони можуть створюватися з можливістю роботи під напругою від одного до 750 кіловольт включно. Звичайно, що вони мають різну конструкцію. габарити, можливості автоматичного та дистанційного керування, налаштування захисту для безпечної експлуатації.

Допоміжні системи таких автоматичних вимикачів можуть мати дуже складну розгалужену структуру та розміщуватись на додаткових панелях у спеціальних технічних будівлях.

Ланцюги постійного струму

У цих мережах теж працює величезна кількість автоматичних вимикачів, які мають різні можливості.

Електроустаткування до 1000 вольт

Тут масово впроваджуються сучасні модульні пристрої, що мають можливість кріплення на Din-рейку

Вони успішно доповнюють класи старих автоматів типу АЕ та інших подібних, які закріплювалися на стінках щитів гвинтовими з'єднаннями.

Модульні конструкції постійного струму мають такий самий пристрій та принцип роботи, як їх аналоги на змінній напрузі. Вони можуть виконуватися одним або декількома блоками та підбираються за навантаженням.

Електроустаткування вище 1000 вольт

Високовольтні автоматичні вимикачі для постійного струму працюють на установках електролізного виробництва, металургійних промислових об'єктах, залізничному та міському електрифікованому транспорті, підприємствах енергетики.

Основні технічні вимогидо роботи таких пристроїв відповідають їх аналогам на змінному струмі.

Гібридний вимикач

Вченим шведсько-швейцарської компанії ABB вдалося розробити високовольтний вимикач постійного струму, який поєднує у своєму пристрої дві силові конструкції:

1. елегазову;

2. вакуумну.

Він отримав назву гібридного (HVDC) та використовує технологію послідовного гасіння дуги відразу у двох середовищах: гексафториду сірки та вакууму. Для цього зібрано наступний пристрій.

На верхню шину гібридного вакуумного вимикача підводиться напруга, а з нижньої елегазової шини - знімається.

Силові частини обох комутаційних пристроїв з'єднані послідовно та керуються своїми індивідуальними приводами. Щоб вони одночасно працювали, створено пристрій управління синхронізованих координатних операцій, який передає команди на керуючий механізм з незалежним харчуванням по оптоволоконному каналу.

За рахунок застосування високоточних технологій розробникам конструкції вдалося досягти узгодженості дій виконавчих механізмів обох приводів, що укладається в проміжок часу менше однієї мікросекунди.

Управління вимикачем походить від блоку релейного захисту, вбудованого через ретранслятор до лінії електропередачі.

Гібридний вимикач дозволив значно підвищити ефективність складових елегазових та вакуумних конструкцій за рахунок використання їх спільних характеристик. При цьому вдалося реалізувати переваги перед іншими аналогами:

1. здатність надійно відключати струми КЗ при високовольтному напрузі;

2. можливість невеликого зусилля щодо комутацій силових елементів, яка дозволила значно зменшити габарити та. відповідно, вартість обладнання;

3. доступність виконання різних стандартів для створення конструкцій, що працюють у складі окремого вимикача або компактних пристроїв на одній підстанції;

4. здатність усувати наслідки швидко зростаючої напруги, що відновлюється;

5. можливість формування базового модуля для роботи з напругою до 145 кіловольт і вище.

Відмінна риса конструкції – здатність розривати електричний ланцюг за 5 мілісекунд, що практично неможливо виконувати силовими пристроями інших конструкцій.

Гібридний пристрій вимикача відзначено в числі десяти кращих розробокпротягом року за версією технологічного огляду МТІ (Массачусетського технологічного інституту).

Подібними дослідженнями займаються інші виробники електротехнічного обладнання. Вони теж досягли певних результатів. Але компанія АВВ випереджає їх у цьому питанні. Її керівництво вважає, що під час передачі електроенергії змінного струму відбувається її великі втрати. Їх значно можна знизити, використовуючи ланцюги високовольтної постійної напруги.

Вступ

1. Автоматичні вимикачі

2. Автоматичні вимикачі із тепловими розчіплювачами

3. Автоматичні вимикачі з комбінованим розчіплювачем

Список литературы

Вступ

В даний час для захисту мереж і електричних приймачів від пошкоджень, що викликаються струмом, що перевищує допустиму величину, ширше застосовуються автоматичні вимикачі. Вони служать для проведення, включення та автоматичного розмикання електричних кіл при аномальних явищах (наприклад при струмах перевантаження, КЗ, неприпустимих зниження напруги), а також для нечастого включення ланцюгів вручну. Вимикачі випускаються з тепловими, електромагнітними та комбінованими (тепловими та електромагнітними) розчіплювачами з різним числом полюсів - одним, двома та трьома. В однофазних ланцюгах застосовують одно-і двополюсні, а в трифазних - триполюсні.

1. Автоматичні вимикачі

Автоматичні вимикачі з електромагнітними розчіплювачами застосовуються для захисту мережі та електричного приймача від пошкоджень, що спричиняються струмом короткого замикання, що діє навіть короткочасно. Принципова схема такого вимикача зображена на рис 1 а.

Контакт головного ланцюга замикається натисканням кнопки або поворотом рукоятки. При цьому долається зусилля розмикаючої пружини і контакт утримується в замкнутому положенні клямкою 3. Як тільки струм в ланцюгу перевищить певну величину, сердечник 6 втягнеться в котушку 5 і через важіль 4 звільнить клямку 5. Під дією пружини 1 контакт 2. На схемі зображено один контакт головного ланцюга, а практично їх може бути два або три, стільки ж може бути і котушок 5 з сердечниками 6. Всі сердечники при втягуванні діють на ту саму засувку 3. Збільшення струму в будь-якому проводі (котушці) до величини, перевищує величину установки струму спрацьовування, тягне у себе розмикання всіх основних контактів.

Електромагніт із механізмом відключення називається електромагнітним розчіплювачем. Час відключення автоматичних вимикачів з електромагнітними розчіплювачами незначний (частки секунди), тому вони відносяться до апаратів максимального захисту миттєвої дії.

Перевага автоматичних вимикачів перед плавкими запобіжниками полягає в тому, що вони мають багаторазовість дії. Після спрацьовування плавкого запобіжника потрібно замінити плавку вставки. Автоматичний вимикач після усунення причини спрацьовування можна підготувати для повторної роботи натисканням на кнопку або поворотом рукоятки.

Автоматичні вимикачі застосовуються не тільки для відключення приймачів при струмах короткого замикання, але й для нечастих включень та вимкнень їх вручну при нормальній роботі. Електрична дуга, що виникає при розмиканні ланцюга, гаситься в повітрі або маслі. Залежно від цього автоматичні вимикачі називаються повітряними чи олійними. У ланцюгах з напругою до 500 В застосовуються переважно повітряні вимикачі.

2. Автоматичні вимикачі із тепловими розчіплювачами

Метали мають різні коефіцієнти лінійного розширення і тому при нагріванні подовжуються неоднаково. Якщо дві металеві пластини з різними коефіцієнтами розширення накласти одну на іншу та міцно з'єднати разом, вийде біметалічна пластина. При нагріванні вона деформується опуклістю у бік активного шару металу. Активним називається шар металу, що має великий коефіцієнт розширення. Інший шар називають пасивним. Активний шар роблять із сталі, а пасивний - з інвару (сплав, що складається з 64% заліза та 36% нікелю). Коефіцієнт лінійного розширенняінвару у 12 разів менше стали.

Якщо один кінець біметалічної пластини закріпити, інший при нагріванні буде згинатися у бік пасивного шару. Ця властивість пластини використовується для звільнення клямки автоматичного вимикача. Ступінь деформації пластини залежить від температури її нагрівання.

Застосовуються два способи нагрівання пластини: безпосередній та непрямий. При першому струм проходить безпосередньо через пластину. При цьому кількість теплоти, що виділяється в ній, пропорційна квадрату величини струму, часу його проходження та опору пластини. При другому способі струм проходить нагрівальним елементом (невеликий спіралі), виконаному з ніхрому або іншого сплаву. Спіраль розташовують поруч із пластиною або намотують на неї. Теплота, що виділяється в цій спіралі, і нагріває біметалічну пластину. Перед намотуванням спіралі біметалічна пластина покривається електроізоляцією, наприклад, слюдою.

На рис.1,6 зображено схему автоматичного вимикача з тепловим розчіплювачем. Контакт 2 головного ланцюга замикають вручну кнопкою або рукояткою, g замкнутому положенні він утримується засувкою 3. При проходженні по мережі струму, величина якого менше певного значення, біметалічна пластина 7 нагрівається незначно, і її вигину вгору недостатньо для того, щоб передати зусилля на засувку 3 . Якщо ж по спіралі 8 проходитиме струм, величина якого перевищить це певне значення, то через деякий час правий кінець пластини 7 вигнутий вгору настільки, що через штовхач 4 підніме важіль засувки 3. Під дією пружини 1 розімкнеться контакт 2. Час, через яке відбудеться розмикання контакту, залежить від ступеня навантаження мережі. Теплові розчіплювачі не можуть спрацьовувати миттєво, особливо при непрямому нагріві біметалічної пластини. Нагрівання та деформація її не відбуваються миттєво навіть при дуже великому виділенні теплоти в спіралі.

Автоматичні вимикачі з тепловими розчіплювачами відключають мережу з витримкою часу у зворотній залежності від величини струму навантаження. При більших навантаженнях відключення відбувається швидше. На схемі зображено один контакт вимикача, які можуть бути два чи три.

Розчіплювач вимикача (автоматичного) – це електротехнічний прилад, що відключає мережу, якщо в ній виникає великий електрострум. Такий пристрій застосовується для того, щоб при перегріві проводів не сталося загоряння в будинку, та дорога побутова технікане вийшла з ладу.

Різновиди вимикачів

Усі автомати діляться на кшталт розчіплювачів. Їх поділяють на 6 видів:

• тепловий;
• електронний;
• електромагнітний;
• незалежний;
• комбінований;
• напівпровідниковий.

Вони дуже швидко розпізнають аварійні ситуації, такі як:

• виникнення надструмів - підвищення в електромережі сили струму, що перевищує номінальний струм вимикача;
• перевантаження напруги – коротке замикання ланцюга;
• перепади напруги.

У ці моменти в автоматичних розчіплювачах відбувається розмичка контактів, яка запобігає серйозним наслідкам у вигляді псування проводки, електрообладнання, що дуже часто призводить до пожеж.

Вимикач тепловий

Складається з біметалічної платівки, один з кінців якої знаходиться поруч із спусковим пристроємавтоматичного розчеплювача. Пластина нагрівається струмом, що проходить через неї, звідси назва. Коли сила струму починає збільшуватися, вона гнеться і стосується планки спускового механізмуяка розмикає контакти в «автоматі».

Спрацьовування механізму відбувається навіть при незначних перевищеннях номінального струму та збільшеному часі спрацьовування. Якщо короткочасне підвищення навантаження, вимикач не спрацьовує, тому його зручно встановлювати в мережах з частими, але короткими перевантаженнями.

Переваги теплового розчіплювача:

• відсутність дотичних і тертьових між собою поверхонь;
• стійкість під час вібрацій;
• бюджетна вартість;
• проста конструкція.

До недоліків можна віднести те, що його робота багато в чому залежить від температурного режиму. Такі автомати краще розміщувати подалі від джерел тепла, інакше загрожують численні помилкові спрацьовування.

Вимикач електронний

До деталей, що його складають, входять:

• вимірювальні пристрої (датчики струму);
• блок керування;
• котушка електромагнітна (трансформатор).

На кожному полюсі електронного автоматичного розчіплювача знаходиться трансформатор, який вимірює струм через нього. Електронний модуль, що управляє розчепленням, обробляє цю інформацію, порівнюючи отриманий результат із заданим. У випадку, коли отриманий показник буде більшим, ніж запрограмований, відбудеться розмичка «автомата».

Існує три зони спрацьовування:

1. Тривала затримка. Тут електронний розчіплювачслужить як тепловий, загороджуючи ланцюги від навантажень.
2. Коротка затримка. Здійснює захист від несуттєвих коротких замикань, які зазвичай відбуваються в кінці ланцюга, що захищається.
3. Робоча зона миттєво забезпечує захист від КЗ високої інтенсивності.

Плюси – великий вибірналаштувань, максимальна точність приладу заданого плану, наявність індикаторів. Мінуси – чутливість до електромагнітному полю, ціна.

Електромагнітний

Це соленоїд (котушка з намотаним дротом), усередині якого розташований сердечник із пружиною, що впливає на механізм розчеплення. Це пристрій миттєвої дії. Під час течії по обмотці надструму утворюється магнітне поле. Воно переміщає сердечник і, перевершуючи зусилля пружини, діє механізм, виключаючи «автомат».

Плюси – стійкість до вібрації та ударів, проста конструкція. Мінуси – утворює магнітне поле, миттєво спрацьовує.

Це додатковий пристрій для автоматичних розчіплювачів. З його допомогою можна відключити як однофазний, так і трифазний автомат, що знаходиться на певній відстані. Щоб привести в дію незалежний розчіплювачнеобхідно подати напругу на котушку. Для повернення автомата у вихідне положення потрібно вручну натиснути кнопку «повернення».

Важливо! Фазний провідник має бути підключений від однієї фази з-під нижніх клем вимикача. Якщо його неправильно підключити, незалежний вимикачвийде з ладу.

В основному незалежні автоматизастосовують у щитах автоматики сильно розгалужених пристроях електропостачання багатьох великих об'єктів, де управління виведено на пульт оператора.

Комбінований вимикач

Має як теплові, так і електромагнітні елементита захищає генератор від перевантажень та КЗ. Для роботи комбінованого автоматичного розчіплювача вказують та вибирають струм теплового «автомата»: електромагніт розрахований на 7 – 10-кратний струм, що відповідає роботі теплових мереж.

Електромагнітні елементи у комбінованому вимикачі служать для миттєвого захисту від коротких замикань, а теплові захищають від перевантажень із витримкою часу. Вимикається комбінований автомат під час спрацьовування будь-якого з елементів. При короткочасних надструмах не спрацьовує жоден із типів захисту.

Напівпровідниковий вимикач

Складається із трансформаторів змінного струму, магнітних підсилювачів для постійного струму, блоку управління та електромагніту, що виконує функції незалежного автоматичного розчіплювача. Встановлювати вибрану програму розчеплення контактів допомагає блок керування.

До його налаштувань можна віднести:

• регулювання номінального струму у приладі;
• встановлення часу;
• спрацьовування у момент виникнення короткого замикання;
• захисні перемикачі від надструмів та однофазного КЗ.

Плюси – великий вибір регулювання під різні схеми електропостачання, забезпечення вибірковості до послідовно підключених автоматів із меншою кількістю амперів.

Мінуси - висока вартість, неміцні компоненти керування.

Встановлення

Багато доморощених електриків вважають, що установка автомата не складає особливих труднощів. Це справедливо, але потрібно виконувати певні правила. Розчіплювачі автоматичного вимикача, так само, як і запобіжники пробок, необхідно приєднувати до мережі так, щоб при вивернутій пробці автомата його гвинтова гільза була без напруги. З'єднання провідника живлення при односторонньому живленні з автоматом повинно проводитися до нерухомих контактів.

Установка електричного однофазного двополюсного автомата у квартирі складається з кількох етапів:

• кріплення вимкненого пристрою в електрощиті;
• приєднання проводів без напруги до лічильника;
• приєднання до автомата зверху проводів напруги;
• увімкнення автомата.

Кріплення

В електрощиті монтуємо дін-рейку. Відрізаємо потрібний розмірі кріпимо її шурупами до електрощитка. Клацаємо автоматичний розчіплювачмережі на дин-рейку за допомогою спеціального замка, що розташований на задній частині автомата. Простежте, щоб пристрій стояло в режимі вимкнення.

Підключення до електролічильника

Беремо шматок дроту, довжина якого відповідає відстані від лічильника до автомата. Один кінець приєднуємо до електролічильника, інший - до клем розчіплювача, дотримуючись полярності. Живлячу фазу під'єднуємо на перший контакт, а нульовий провід живлення на третій. Перетин дроту – 2,5 мм.

Підключення проводів напруги

З центрального розподільчого електрощита проводи підходять до щитка квартири. Їх приєднуємо до клем автомата, який повинен перебувати в положенні «вимкнений», дотримуючись полярності. Перетин дроту розраховується залежно від споживаної енергії.

Увімкнення автомата

Тільки після того, як буде правильно здійснено встановлення всіх проводів, можна вводити в роботу автоматичний розчіплювач струму.

Буває так, що постійне відключення автомата стає великою проблемою. Не намагайтеся вирішити її за допомогою установки розчіплювача з великим номінальним струмом. Такі прилади ставляться з урахуванням перетину проводів у будинку, і, можливо, великий струм мережі неприпустимий. Вирішити проблему можна лише шляхом обстеження системи електричного постачання квартири професійними електриками.