Sibprompost.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Автоматический выключатель: определение, принцип работы

Автоматический выключатель: определение, принцип работы

Автоматический выключатель — электрический аппарат, предназначенный для нечастых операций включения и отключения токов нагрузки в номинальном режиме, а также автоматического отключения питающей цепи в аварийном режиме: при перегрузке или коротком замыкании.

Так называемые автоматы приобрели широкое применение в щитках зданий, где они выполняют роль защиты линий электропроводки от перегруза или к.з.

В электроустановках автоматический выключатель играет очень важную роль. Он применяется в распределительных щитах переменного и постоянного тока собственных нужд подстанций, шкафах и отсеках релейной защиты и автоматики.

Конструктивно автоматы бывают одно- двух- трех- и четырехполюсные.

Защитные функции аппарата выполняют специальные расцепители, которые, в зависимости от выпоняемой функции делятся на:

  • тепловые;
  • электромагнитные;
  • независимые;
  • обратного тока;
  • минимального и максимального напряжения.

Тепловой расцепитель обеспечивает отключение автоматического выключателя при прохождении через него тока значением выше номинального, то есть при перегрузке. Основа расцепителя теплового типа – биметаллическая пластина, которая состоит из двух слоев разного металла. В результате нагрева данной пластины до определенной величины происходит ее изгиб. Пластина, изгибаясь, воздействует на механизм отключения аппарата.

Электромагнитный расцепитель предназначен для мгновенного отключения автомата при коротком замыкании на линии, а также при превышении номинального тока в несколько раз. Ток, при котором срабатывает электромагнитный расцепитель, можно определить по классу автомата. Например, класс B – 3-5 номинальных значений тока, C – 5-10, а D – 10-12. Расцепитель данного типа являет собой электромагнит, по которому течет ток нагрузки. В номинальном режиме сердечник электромагнита находится в неподвижном состоянии. В случает короткого замыкания по обмотке электромагнита течет очень большой ток, в результате сердечник втягивается и воздействует на механизм отключения автоматического выключателя.

Расцепители независимые обеспечивают отключение автоматов дистанционно.

Механизмы обратного тока обеспечивают отключение автомата при прохождении через него постоянного ток обратной полярности.

Расцепители минимального и максимального напряжений срабатывают при достижения значения напряжения определенной уставки. Например, если установить уставку минимального напряжения в 210 вольт, то при понижении напряжения до 210 и менее вольт произойдет отключение автомата.

При отключении автомата образуется электрическая дуга, которая может повредить аппарат. Для того чтобы погасить возникшую дугу в выключателе предусмотрено дугогасительное устройство.

Конструкция автоматического выключателя

Рассмотрим основные конструктивные элементы автоматического выключателя:

  1. рычаг для производства операций включения/отключения аппарата вручную;
  2. биметаллическая пластина (тепловой расцепитель);
  3. регулировочный винт теплового расцепителя;
  4. электромагнитный расцепитель;
  5. винтовые зажимы для подключения автомата в электрическую цепь;
  6. устройство для гашения дуги (дугогасительная камера);
  7. подвижный контакт;
  8. неподвижный контакт;
  9. подпружиненная защелка для крепления автомата на DIN-рейке.

Автоматические выключатели (автоматы) для электродвигателей

Автоматическим выключателем называется аппарат, основной функцией которого является отключение участка электрической цепи при нарушении в нем нормального режима работы. Кроме того, аппарат может применяться для нечастых оперативных включений и отключений, тем самым, заменяя контактор или магнитный пускатель. Существуют автоматы с электромагнитным и комбинированным (электромагнитным и тепловым) расцепителем: первые осуществляют защиту только от коротких замыканий, вторые – как от коротких замыканий, так и перегрузок по току.

Читайте так же:
Электрическая плита тепловое действие электрического тока

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку и сердечник. При достижении тока уставки электромагнитного расцепителя сердечник втягивается в катушку и срабатывает механизм расцепления контактов автомата. Током уставки электромагнитного расцепителя Iустэм называется наименьший ток, при котором срабатывает расцепитель. Ток уставки электромагнитного расцепителя должен быть выбран таким образом, чтобы с одной стороны надежно обеспечивалась защита от коротких замыкания, с другой стороны обеспечивался запуск двигателя. Учитывая отклонение фактического пускового тока двигателя от его каталожного значения, а также разброс характеристик автомата, ток уставки Iустэм следует выбирать согласно следующим формулам:

а) для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:

;

б) для группы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:

;

в) для асинхронного двигателя с фазным ротором:

;

г) для группы асинхронных двигателей с фазным ротором:

, где Iпуск – пусковой ток двигателя, – сумма номинальных токов, одновременно работающих двигателей, – разность между пусковым и номинальным током для двигателя, у которого она имеет наибольшее значение (если одновременно пускается несколько двигателей, то вместо подставляется сумма ), – наибольшее значение из номинальных токов двигателей.

Выбранный автомат необходимо проверить по отключающей способности токов короткого замыкания: при двухфазном коротком замыкании для сетей с изолированной нейтралью и однофазном на землю для сетей с заземленной нейтралью. Согласно ПУЭ

для выключателя с электромагнитным расцепителем;

для выключателя с комбинированным расцепителем.

Комбинированный (электромагнитный и тепловой) расцепитель.

Принцип действия, способ обеспечения защиты и настройка теплового расцепителя идентичны аналогичным операциям для теплового реле, рассмотренного ранее.

При установке автоматического выключателя с комбинированным (тепловым и электромагнитным) расцепителем отпадает необходимость в устройстве защиты от коротких замыканий, так как его функцию выполняет электромагнитный расцепитель автомата.

Тепловой и электромагнитный расцепитель автоматического выключателя.

Автомат состоит из теплового и электромагнитного расцепителя. Характеристики которых и нужно выбирать под нашу электропроводку, помимо производителя. И если вы выбираете автоматический выключатель сами, без знаний в этой области, то вам понадобится хотя бы поверхностно понять что это и для чего.

Ну а, если вы не знаете для чего нужен автоматический выключатель и его устройство, то предлагаем ознакомится с другой нашей статьей — Функции и устройство.

Тепловой расцепитель, ток перегрузок

Если выбирать автоматический выключатель для домашней электропроводки, то можно сказать мы защищаем электропроводку. Ведь выбор осуществляется по максимальному значению, которое выдержит кабель, к которому подключено несколько розеточных групп. Ну или десятки лампочек и люстр.

Читайте так же:
Условный тепловой ток реле

Вкратце, тепловой расцепитель (тр) реагирует на длительные перегрузки электропроводки. Эта характеристика обозначается на самом автомате цифрой (как на фото) номинального тока. Всё просто.

Номинальный ток — самое большое значение тока, которое может выдержать проводник определенного сечения, и работать в нормальном режиме неограниченное количество времени.

То есть превышение номинального тока на 10-20% дольше 5-10 минут. Чем выше качество сборки, тем быстрее он среагирует и защитит подключенные потребители и саму проводку. Выбирая аппарат нужно закладывать 10% запаса к рассчитанному току электроустановки.

Стандартный выбор для дома и квартир: 10 для освещения, 16 на розеточные группы и стиральная машина, 25 и 32 для мощных установок, вроде электроплит. Как рассчитывать описано детально в статье — как выбрать автоматический выключатель.

Характеристика электромагнитного расцепителя

Электромагнитный расцепитель (эмр) отключает нагрузку при токах короткого замыкания (быстром превышении значения в 3-20 раз от номинального). Это аварийная ситуация, которая при неправильном расчете погрешностей может за секунду сжечь всю электропроводку.

Вторая ситуация: если неверно подобрать, то запуск некоторых установок с высоким значением пускового тока (такие как стиралки, имеющие в своей конструкции двигатели) будет невозможен. При каждом включении будет срабатывать защита и отключать участок цепи. Поэтому эту характеристику не стоит выбирать необдуманно.

Характеристика эмр автомата обозначается буквой, следующей после цифры (фото). Которые означают кратность превышения номинального тока при котором сработает защита от токов К.З. То есть электромагнитный расцепитель отключит питание. Значения этих букв следующие:

  • A: 1. Ставятся для защиты дорогой микроэлектроники, не имеющей пусковых нагрузок.
  • B: Гарантировано отработает при токах в 3-5 больше номинального. Ставятся для освещения.
  • C: 5-10. Самая распространенная характеристика для домашних проводок.
  • D: 10-20. Чаще всего используется для двигателей.

Даже у люстры с люминесцентными лампами есть свой ток пуска, который выше номинального примерно в 2 раза. Поэтому для освещения выбираем категорию B. Для розеточных групп С. Характеристика Д выбирается в редких случаях, при предварительном расчете. В редких случаях подбирается для вводного автомата для достижения селективности.

Кратко про селективность

По правилам: защита должна обеспечивать отключение поврежденного участка при КЗ в конце защищаемой линии.

Грубо говоря, нельзя ставить автоматический выключатель меньшим номиналом выше автомата с большим номиналом теплового расцепителя. То есть должна соблюдаться иерархическая цепочка. Чтобы при срабатывании автомата, отключалась только один участок цепи, на котором произошло КЗ.

На фото выше соответственно 32 и 25; 32 и 16. Селективность соблюдена. Но такой вариант щита не является хорошим примером сборки, это всего лишь для понимания сути. У заказчика было всего 2 контура (силовой и свет), и менять проводку он не хотел.

Читайте так же:
Где используют тепловое химическое действие тока физика

Надеюсь, эта статья на нашем сайте была вам полезной!

Автоматические выключатели

В данной статье мы рассмотрим следующие вопросы:

  1. Что такое автоматический выключатель?
  2. Устройство и принцип работы автоматического выключателя.
  3. Маркировка и характеристики автоматических выключателей.
  4. Выбор автоматического выключателя.

1. Что такое автоматический выключатель?

Автоматический выключатель (автомат) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической сети от сверхтоков, т.е. от коротких замыканий и перегрузок.

Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.

Автоматические выключатели бывают с электромагнитным расцепителем защищающим электрическую цепь от короткого замыкания и комбинированным расцепителем — когда дополнительно с электромагнитным расцепителем применяется тепловой расцепитель защищающий цепь от перегрузки.

Примечание: В соответствии с требованиями ПУЭ бытовые электросети должны быть защищены как от коротких замыканий, так и от перегрузки, поэтому для защиты домашней электропроводки следует применять автоматы именно с комбинированным расцепителем.

Автоматические выключатели делятся на однополюсные (применяются в однофазных сетях), двухполюсные (применяются в однофазных и двухфазных сетях) и трехполюсные (применяются в трехфазных сетях), так же бывают четырехполюсные автоматические выключатели (могут применяться в трехфазных сетях с системой заземления TN-S).

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

На рисунке ниже представлено устройство автоматического выключателя с комбинированным расцепителем, т.е. имеющий и электромагнитный и тепловой расцепитель.

1,2 — соответственно нижняя и верхняя винтовые клеммы для подключения провода

3 — подвижный контакт; 4 — дугогасительная камера; 5 — гибкий проводник (применяется для соединения подвижных частей автоматического выключателя); 6 — катушка электромагнитного расцепителя; 7 — сердечник электромагнитного расцепителя; 8 — тепловой расцепитель (биметалли́ческая пласти́на); 9 — механизм расцепителя; 10 — рукоятка управления; 11 — фиксатор (для крепления автомата на DIN-рейке).

Синими стрелками на рисунке показано направление протекания тока через автоматический выключатель.

Основными элементами автоматического выключателя являются электромагнитный и тепловой расцепители:

Электромагнитный расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов короткого замыкания. Он представляет из себя катушку (6) с находящимся в ее центре сердечником (7) который установлен на специальной пружине, ток в нормальном режиме работы проходя по катушке согласно закону электромагнитной индукции создает электромагнитное поле которое притягивает сердечник внутрь катушки, однако силы этого электромагнитного поля не хватает что бы преодолеть сопротивление пружины на которой установлен сердечник.

При коротком замыкании ток в электрической цепи мгновенно возрастает до величины в несколько раз превышающей номинальный ток автоматического выключателя, этот ток короткого замыкания проходя по катушке электромагнитного расцепителя увеличивает электромагнитное поле воздействующее на сердечник до такой величины, что его силы втягивания хватает на то что бы преодолеть сопротивление пружины, перемещаясь внутрь катушки сердечник размыкает подвижный контакт автоматического выключателя обесточивая цепь:

Читайте так же:
Тепловизор для нагрева провода

При коротком замыкании (т.е. при мгновенном возрастании тока в несколько раз) электромагнитный расцепитель отключает электрическую цепь за доли секунды.

Тепловой расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов перегрузки. Перегрузка может возникнуть при включении в сеть электрооборудования общей мощностью превышающей допустимую нагрузку данной сети, что в свою очередь может привести к перегреву проводов разрушению изоляции электропроводки и выходу ее из строя.

Тепловой расцепитель представляет из себя биметаллическую пластину (8). Биметаллическая пластина — эта пластина спаянная из двух пластин различных металлов (металл «А» и металл «В» на рисунке ниже) имеющих разный коэффициент расширения при нагреве.

При прохождении по биметаллической пластине тока превышающего номинальный ток автоматического выключателя пластина начинает нагреваться, при этом металл «B» имеет больший коэффициент расширения при нагреве, т.е. при нагреве он расширяется быстрее чем металл «A», что приводит к искривлению биметаллической пластины, искривляясь она воздействует на механизм расцепителя (9), который размыкает подвижный контакт (3).

Время срабатывания теплового расцепителя зависит от величины превышения тока электросети номинального тока автомата, чем больше это превышение тем быстрее сработает расцепитель.

Как правило тепловой расцепитель срабатывает при токах в 1,13-1,45 раз превышающих номинальный ток автоматического выключателя, при этом при токе превышающем номинальный в 1,45 раза тепловой расцепитель отключит автомат через 45мин — 1 час.

Время срабатывания автоматических выключателей определяется по их время-токовым характеристикам (ВТХ)

При любом отключении автоматического выключателя под нагрузкой на подвижном контакте (3) образуется электрическая дуга которая оказывает разрушающее воздействие на сам контакт, причем чем выше отключаемый ток, тем мощнее электрическая дуга и тем большее ее разрушающее возде йствие. Для сведения к минимуму ущерба от электрической дуги в автоматическом выключателе она направляется в дугогасительную камеру (4), которая состоит из отдельных, параллельно установленных пластин, попадая между этих пластин электрическая дуга дробится и затухает.

3. Маркировка и характеристики автоматических выключателей.

ВА47-29 — тип и серия автоматического выключателя

Номинальный ток — максимальный ток электрической сети при котором автоматический выключатель способен длительно работать без аварийного отключения цепи.

Стандартные значения номинальных токов автоматических выключателей: 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, Ампер.

Номинальное напряжение — максимальное напряжение сети на которое рассчитан автоматический выключатель.

Читайте так же:
Выключатель автоматический тип расцепителя тепловой электромагнитный

ПКС — предельная отключающая способность автоматического выключателя. Данная цифра показывает максимальный ток короткого замыкания который способен отключить данный автоматический выключатель сохранив при этом свою работоспособность.

В нашем случае ПКС указан 4500 А (Ампер), это значит что при токе короткого замыкания (к.з.) меньшем, либо равном 4500 А автоматический выключатель способен разомкнуть электрическую и остаться в исправном состоянии, в случае если ток к.з. превысит данную цифру возникает возможность оплавления подвижных контактов автомата и их привариванию друг к другу.

Характеристика срабатывания — определяет диапазон срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя.

Например в нашем случае представлен автомат с характеристикой «C» его диапазон срабатывания от 5·Iн до 10·Iн включительно. (Iн— номинальный ток автомата), т.е. от 5*32=160А до 10*32+320, это значит что наш автомат обеспечит мгновенное отключение цепи уже при токах 160 — 320 А.

Характеристика срабатывания является одним из параметров время-токовых характеристик автоматических выключателей подробнее о которых читайте в статье: «Время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей»

Примечание:

  • Стандартными характеристиками срабатывания (предусмотренными ГОСТ Р 50345-2010) являются характеристики «B», «C» и «D»;
  • Область применения указана в таблице согласно установившейся практике, однако она может быть иной в зависимости от индивидуальных параметров конкретных электрических сетей.

4. Выбор автоматического выключателя

Примечание: Полную методику расчета и выбора автоматических выключателей читайте в статье: «Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты»

Выбор автомата осуществляется по следующим критериям:

— По количеству полюсов: одно- и двухполюсные применяются для однофазной сети, трех- и четырехполюсные — в трехфазной сети.

— По номинальному напряжению: Номинальное напряжение автоматического выключателя должно быть больше либо равно номинальному напряжению защищаемой им цепи:

Uном. АВ Uном. сети

— По номинальному току: Определить необходимый номинальный ток автоматического выключателя можно одним из четырех следующих способов:

  1. Рассчитать самостоятельно по методике приведенной в статье: «Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты«

— Выбираем характеристику срабатывания: зачастую характеристику срабатывания автоматического выключателя выбирают исходя из назначения защищаемой им сети (согласно таблице характеристик срабатывания выше) однако автомат выбранный таким образом может не обеспечить своевременное отключение цепи при коротком замыкании, характеристику срабатывания необходимо определять по методике приведенной здесь.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector