Для электрика распределительные устройства являются одним из основных видов оборудования, с которым ему приходится работать. Автоматические выключатели выполняют как коммутационную, так и защитную функцию. Ни один современный распределительный щит не обходится без автоматических выключателей. В этой статье мы расскажем о принципе работы автоматических выключателей.
Определение
Автоматический выключатель — это коммутационное устройство, которое используется для защиты кабелей от критических токов. Это необходимо для предотвращения повреждения токопроводящей жилы проводов и кабелей в случае обрыва фазы и замыкания на землю.
Важно: Основная задача автоматического выключателя — защита кабельных линий от токов короткого замыкания.
Основными характеристиками автоматического выключателя являются:
- Номинальный ток (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300).
- Коммутационное напряжение.
- Время-токовые характеристики.
Автоматика чаще всего используется в бытовых и промышленных электросетях с напряжением 220/380 вольт. Указанные напряжения предназначены для бытовых электросетей. За рубежом они могут быть другими. Релейные схемы и трансформаторы тока используются на высоковольтных линиях. Время-токовая характеристика указывает, через какой промежуток времени и при каком значении тока по отношению к номинальному току произойдет размыкание контактов. Пример показан на диаграмме ниже.
Принцип работы
Автоматический выключатель (АВ) — это коммутационный аппарат с двумя защитными функциями:
- Электромагнитный разрядник.
Тепловой релиз.
Каждая из этих функций выполняет одну и ту же работу — размыкает контакты питания — но при разных условиях. Давайте рассмотрим их подробнее.
Если ток, протекающий через автоматический выключатель, ниже номинального тока, контакты замыкаются на неопределенное время. Тепловой расцепитель, представленный биметаллической пластиной, размыкает контакты, если ток немного превышает номинальный.
Чем больше ток, протекающий через контакты автоматического выключателя, тем быстрее нагревается биметалл — это описано в характеристиках тока и обозначается рабочей скоростью автоматического выключателя (буква рядом с номинальным током в маркировке). В зависимости от степени превышения тока в автомате время, необходимое для срабатывания автоматического выключателя, составляет, возможно, десятки минут или даже секунды.
Электромагнитный расцепитель срабатывает при быстром увеличении тока. Величина тока срабатывания на порядок больше номинального тока.
В связи с этим возникает вопрос: «Так зачем же автоматическим выключателям нужны два предохранителя, если их можно спроектировать так, чтобы они срабатывали немедленно при превышении номинального тока?
На этот вопрос есть два ответа:
- 1. две меры защиты повышают надежность всей системы.
- 2. устройства, ток которых изменяется во время запуска и работы при подключении к автоматическому выключателю так, чтобы не происходило ложных срабатываний. Например, пусковой ток электродвигателей может в десятки раз превышать номинальный ток, кроме того, на их валах могут возникать кратковременные перегрузки (например, в токарных станках). В таких случаях автоматическое устройство может сработать и при длительном запуске.
Дизайн
Автоматический выключатель состоит из следующих частей:
- Кейс (рис. 6).
- Клеммы подключения к сети электропитания (рис. 2).
- Силовые контакты (рис.-3, 4).
- Дугогасительная камера (рис.-8).
- Рычаг, соединенный с кнопкой или флажком для коммутации (создания и разрыва контактов) (рис.-1 и с которым он соединен).
- Термоизоляционный выключатель (рис. 5).
- Электромагнитный разъединитель (рис. 7).
Цифрой 9 обозначен штырь для монтажа на DIN-рейку.
Источник питания подключается к клеммам (обычно сверху, что на практике не имеет большого значения), а нагрузка подключается к противоположной клемме. Ток проходит через силовые контакты, катушку электромагнитного изолятора и тепловой изолятор.
Электромагнитная защита имеет форму катушки из медной проволоки, намотанной на каркас с подвижным железным сердечником внутри. Катушка содержит от нескольких до нескольких десятков витков, в зависимости от номинального тока. Чем меньше номинальный ток, тем больше витков и меньше сечение провода катушки.
Когда ток проходит через катушку, вокруг нее создается магнитное поле, которое воздействует на подвижный сердечник внутри катушки. В результате он выдвигается и нажимает на рычаг, вызывая размыкание силового контакта. Если вы посмотрите на рисунок, рычаг находится под катушкой, и когда ее сердечник опускается, механизм активируется.
При длительных периодах перегрузки по току требуется тепловая защита от перегрузки по току. Он состоит из биметаллической пластины, которая при нагревании изгибается в одну сторону. При достижении критического состояния он нажимает на рычаг, и контакты размыкаются. Дугогасительная камера необходима для гашения дуги, возникающей при размыкании цепи под нагрузкой.
Процесс возникновения дуги зависит от характера и размера нагрузки. Когда индуктивная нагрузка (двигатель) выключена, дуга сильнее, чем при активной нагрузке. Газы дуги отводятся через газовый канал. Это многократно продлевает срок службы силовых контактов.
Дугогасительная камера состоит из набора металлических пластин и диэлектрического кожуха. Заключение В прошлом автоматические выключатели были ремонтопригодны, и из нескольких выключателей можно было собрать исправный автоматический выключатель. Силовые контакты и другие компоненты могут быть отрегулированы и заменены.
В настоящее время автоматические выключатели заключены в литой или клепаный корпус, который невозможно снять. Ремонт был непрактичным, сложным и длительным. По этой причине автоматы просто заменяются на новые.
