Схема работы автоматического выключателя

Устройство автоматического выключателя (АВ)

Предшественником АВ в быту был автоматический предохранитель, он вворачивался в штатное гнездо «пробки». Такие предохранители были рассчитаны на токи 5, 6,3, 10, 16 и 25 ампер.

Устройство автоматического выключателя в разрезе

В свое время автоматические предохранители стали шагом вперед в защите сети от аварий, но их конструкция была несовершенной: при эксплуатации более года параметры сильно изменялись, и отключения начинали происходить даже, когда сила тока в цепи была намного меньше защитного.

Предшественник АВ — автоматический предохранитель

Следующим шагом в повышении безопасности при эксплуатации бытовой электросети стало внедрение автоматических выключателей, они уже выполняли не только функции защиты, но и штатных выключателей. Механизм этих устройств более совершенный и надежный.

Существует целая линейка АВ это: одно-, двух-, трех- и четырехполюсные. Первые два вида преимущественно используются в быту, а остальные в трехфазной сети, в промышленности и производстве.

Одно-, двух-, трехполюсные автоматические выключатели

Однополюсный АВ

Далее приведено устройство однополюсного АВ, но все, что сказано о нем, справедливо и для всех остальных видов.

На рисунке изображен механизм автоматического выключателя. Если проследить путь тока через АВ, то станет понятен принцип его работы.

Схема строения автоматического выключателя

Электрический ток проходит от правой клеммы 2 через замкнутые подвижный 3 и неподвижный 4 контакты, через медную шину и катушку 7, далее биметаллическую пластину 5, к левой клемме 6.

Абсолютно не важно, течет ток от правой клеммы к левой или, наоборот, все процессы в электрической цепи переменного напряжения всегда протекают одинаково.

Аварийное отключение при превышении номинального тока
Температурный (биметаллический) расцепитель представляет собой пластину, которая изготовлена из двух слоев разных металлов. При протекании по ней электротока она нагревается, а так как металлы имеют различные коэффициенты расширения, то пластина изгибается.

Чем больший ток протекает по ней, тем сильнее она изгибается, а когда ток становится больше номинального, на который рассчитан автомат, он действует на спусковой механизм и разрывает цепь.

Этот же ток протекает и через катушку, но возникающая магнитная сила не может преодолеть сопротивление пружины, и сердечник не втягивается внутрь катушки, поэтому отключение происходит только благодаря работе температурного расцепителя.

Аварийное отключение

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

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

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

Магнитный расцепитель в виде катушки

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

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

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

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

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

Принцип подбора

Для выбора автомата необходимо знать силу тока в сети, которую необходимо защищать от перегрузки. Ее можно легко посчитать.

Сила тока в проводке зависит от мощности имеющихся в доме бытовых приборов:

o I – сила тока в сети (в Амперах).
o W – суммарная мощность всех бытовых приборов (в ваттах).
o U – напряжение сети (обычно 220 вольт).
o Ко – коэффициент «одновременности».

Разумеется, все имеющиеся в доме приборы одновременно работать не будут, поэтому полученный результат нужно умножить на коэффициент «одновременности», его можно определить из приведенной таблицы.

Мощность бытовых приборов обычно указывается на шильдике или прямо на корпусе, также ее можно узнать в паспорте этого изделия.

Соответствие мощности (W) коэффициенту спроса (Ко)

В тоже время полезно учитывать тот фактор, что в быту во многих приборах, например, холодильниках, кондиционерах, системах вентиляции, электроинструментах используются довольно мощные электродвигатели.

В технических характеристиках часто указывается cos(φ) – это так называемый коэффициент мощности, он показывает сдвиг фаз тока и напряжения, который обусловлен индуктивностью обмоток электродвигателей.

Соответствие значений коэффициента мощности cos(φ)

Также сдвиг фаз вызывают люминесцентные лампы старой конструкции, потому что в них использовались дроссели большой индуктивности, а они вызывают сдвиг фаз. В современных лампах этого типа для управления и регулирования используются электронные схемы.

Поэтому для более точной оценки потребляемого тока необходимо учитывать и cos φ этих приборов.

Окончательная формула будет выглядеть так:

Коэффициент мощности для двигателя указывается на бирке, прикрепленной к корпусу двигателя. По приведенной выше таблице можно определить «качество» двигателя.

Проделав эти нехитрые вычисления, можно приблизительно оценить, какой ток будет в сети.

Основные характеристики, на которые необходимо обращать внимание при выборе модели автоматического выключателя, представлены на рисунке.

Технические характеристики на моделях выключателей

Номинальный ток In – это ток в сети, не вызывающий отключения нагрузки в течение всего времени работы.

Время-токовая характеристика – обозначается В, С, D; она показывает, при какой перегрузке в сети произойдет аварийное отключение потребителей. Если это нижний предел, то время срабатывания более 0,1 сек, а если верхний – менее 0,1 сек:

• B – 3-5 раз.
• С – 5-10 раз.
• D – 10-20 раз.

В быту чаще всего применяются C или D, реже B. Наиболее часто используемые в быту номиналы стандартного ряда In – 6,3, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80 А.

Окончательный выбор делается согласно следующей схеме: номинальный ток автомата (In) должен быть выше или равен току в сети (I) при всех включенных приборах в доме, но меньше или равен допустимому току (Iдоп).

Если автомат предназначен для работы в сети со скрытой проводкой, то номинальный ток (In) необходимо уменьшить на 25-30%, так как условия охлаждения такой проводки значительно хуже, чем открытой.

Мощность домашних приборов 9 квт. По таблице находим, что сечение провода должно быть не менее 4 мм2, а сила тока будет 41 А. Из стандартного ряда выбираем ближайший: меньший – 40. Значит, подойдет С40.

Устройство. Видео

В видео будет произведена разборка дифавтомата, что позволит лучше понять его строение и принцип работы.

Приведенная информация поможет не ошибиться с выбором автоматического выключателя и не нарушить правила эксплуатации в дальнейшем.

Принцип работы автоматических выключателей

Автоматический выключатель – коммутационный аппарат, используемый для защиты электрической сети от перегрузок и коротких замыканий.

Изделия делятся на три основных типа:

1. Однополюсные – устанавливаются в однофазных сетях;
2. Двухполюсные – используются одно- и двухфазных сетях;
3. Трехполюсные – для сетей с тремя фазами;
4. Четырехполюсные – применяются в трехфазных сетях, оснащенных системой заземления.

Ознакомиться с ассортиментом автоматических выключателей можно в каталоге компании «Электрофф». В продаже представлены надежные и мощные аппараты, способные обеспечить надежную защиту сети от сверхтоков.

Принцип работы

Работа автоматического выключателя в разных режимах осуществляется по следующему принципу:

1. Нормальный режим

В процессе взвода рычага управления аппаратом выполнятся передвижение механизма, отвечающего за взвод и расцепление, в результате выполняется коммутация силовых контактов.

После активации коммутации ток проходит от питающего кабеля, который подсоединен к винтовому зажиму. Далее через этот зажим энергия проходит по контактам сначала к неподвижному, а после к подвижному. Затем ток следует через гибкую связь, электромагнитную катушку, снова через биметаллическую пластину и гибкую связь, в конце через фиксационный элемент к отходящей линии, которая осуществляет питание электрического прибора.

1. Короткое замыкание

Принцип действия этого режима заключается в мгновенном отключении нагрузки электромагнитным расцепителем в случае возникновения короткого замыкания в цепи. Процесс работы выполняется по следующей схеме:

• Если в сети наблюдается существенное превышение номинального тока, который проходит через электромагнитную обмотку, образуется мощное магнитное поле. В результате магнитный якорь, оснащенный подвижным контактом, оттягивается вниз образованным магнитным полем.
• Якорь при опущении надавливает на рычаг спускового механизма, таким образом, происходит расцепление контактов, то есть прекращается подача тока.

Конструкция срабатывает мгновенно после возникновения короткого замыкания, то есть исключаются нежелательные последствия такой аварии.

Однако не исключатся образование дугового разряда между контактной группой. В таком случае дуга направляется в сторону дугогасительной камеры. При соприкосновении с пластинами происходит расщепление дуги – она проникает в полость камеры, а после затухает. Избыточное давление и образовавшиеся продукты горения выходят наружу через специализированное отверстие в корпусе автоматического выключателя.

1. Перегрузка

В аппарате установлен тепловой расцепитель, отвечающий за перегрузки. Принцип работы автоматического выключателя при перегрузках заключается в следующем: в случаях, когда электроэнергия, проходящая через биметаллическую пластину, становится равной или превышает положенное значение, то происходит нагрев пластины, в результате она постепенно меняет форму (изгибается). При достижении определенного угла изгиба, она активирует нажатием на рычажок спусковой механизм, тем самым отключая подачу тока потребителям.

Терморасцепитель реагирует медленнее, чем магнитный выключатель. Срабатывание нуждается в большем промежутке времени, однако его легко настроить и отличается высокой точностью.

Описание и принцип работы автоматического выключателя АП-50

Автоматический выключатель АП-50 используется для предохранения электрических двигателей и других электроустановок от избыточной нагрузки и инцидентов коротких замыканий. Также их используют для запуска и выключения двигателей и электроцепей.

1. Устройство автомата АП-50
2. Технические характеристики
3. Класс токоограничения (быстродействие отсечки)
4. Характеристика срабатывания
5. Принцип действия
6. Производители автоматических выключателей АП-50
7. Испытания автомата АП50
8. Проверка теплового расцепителя АП50
9. Проверка электромагнитного расцепителя АП50

Устройство автомата АП-50

Автоматический выключатель АП-50

Продукты данной серии выпускаются с двумя и тремя полюсами. Аппараты из первой группы рассчитаны на постоянный электроток с номинальным показателем напряжения до 220 В и переменный – до 500 В (50-60 Гц). Модели с тремя полюсами работают только с переменным током (параметры такие же, как для двухполюсных приборов). Электрическая начинка автомата помещена в пластмассовый корпус, включающий в себя съемную переднюю панель, дно и основную часть.

Выключатель имеет 4 технологических узла:

• управляющий механизм, основанный на свободном расцеплении, с моментально срабатывающими кнопками включения и выключения;
• камеры, гасящие электрическую дугу (расположены в нижней части устройства);
• расцепители сверхвысоких токов – тепловой (покрыт сверху защитной пластинкой из текстолита) и электромагнитный;
• система контактов, включающая в себя стационарные и подвижные элементы.

Среди моделей АП-50 есть не оснащенные блок-контактами вообще, имеющие один контакт или два. В приборы, не оснащенные такой комплектующей, можно поставить ее самостоятельно.

Технические характеристики

В исправном состоянии автомат способен переносить механические воздействия в соответствии с категорией М7, указанной в ГОСТ 17516.1. Защита от влаги у аппарата полностью отсутствует, поэтому при эксплуатации надо тщательно следить за тем, чтобы не допускать ее проникновения на корпус или рабочие узлы. Не стоит ставить прибор в помещении с высокой влажностью воздуха, в очень жарком месте (40 °С и выше), там, где выпадает роса или оседает иней, а также в местах, куда проникают лучи солнца или лучистая энергия приборов отопления.

При комнатной температуре (15-25 °С) характеристики работы теплового расцепителя имеют такой вид:

• с током 1,05 In на протяжении часа срабатывания не возникает;
• контакты открываются за полчаса при токе 1,35 In;
• если на один из полюсов послать нагрузку 6 In, перегрузочный расцепитель проявит активность в течение 2-15 секунд;
• после расцепления включить прибор следующий раз можно по прошествии 2 минут (за это время механизм остывает).

Автоматы заточены под ограниченное число включений и выключений (50 000). Максимальная способность к коммутации для токов до токов до 10 А равна 50000, для 16-25 А – 25000, для больших значений – 20000. Предельный ток, при котором включается аппарат, составляет 10 А.

Время от времени нужно чистить устройство от пыли и загрязнений, проверять положение контактов (не должно быть перекоса). Нужно регулярно обеспыливать и пространство вокруг прибора. Пыль имеет выраженные токопроводящие свойства и легко может привести к неисправности выключателя.

Класс токоограничения (быстродействие отсечки)

Время-токовые характеристики автоматических выключателей АП-50

В технической документации, поставляемой в комплекте с прибором, данные о скорости срабатывания отсечки не приводятся. Но этот параметр можно определить при практических испытаниях в пусконаладочных организациях. Правильно функционирующий выключатель генерирует отсечку за 0,01-0,015 с. Если время превышает 0,2 с, аппарат считается неисправным. Учитывая значительный ход сердечника, класс токоограничения для этой группы приборов находится в районе единицы. В ситуациях, когда данный параметр играет значительную роль, лучше приобрести автомат другой марки с большим быстродействием.

Характеристика срабатывания

Время-токовые характеристики серии аппаратов АП-50 варьируются в зависимости от показателя силы тока. Для In в 1,6,2,5 и 4 А время срабатывания при небольших цифрах кратности тока (2-4) меньше, чем для больших значений In, а при больших перегрузках – наоборот, несколько дольше. Тепловые расцепители при любых значениях тока срабатывают при перегрузке в 1,5-3 раза, а время реакции варьируется в пределах 70-300 с. Магнитные расцепители на 3,5 In включаются медленнее (до 60 с), а на 10 In – активизируются при восьмикратной и более перегрузке в течение однозначного числа секунд.

Принцип действия

Когда в фазе возникает ток короткого замыкания либо перегрузка, в дело вступает один из расцепителей, посылая сигнал на рейку, выключающую ток и размыкающую контакты (она может работать с любой из трех фаз). Гашение электрической дуги основано на ее разделении на части и деионизации установленными в камерах пластинками. Значения максимального тока можно регулировать с помощью специального болта. Для доступа к нему аппарат выключают из сети, откручивают болты, придерживающие крышку, и снимают ее.

Производители автоматических выключателей АП-50

Изготавливают автоматы на российских и украинских предприятиях. Из первых наиболее крупными производителями являются Курский электроаппаратный завод (его продукты маркируются как АП50Б) и «Электроконтактор» из Челябинска, вносящий в конструкцию некоторые модификации: квадратные кнопки вместо круглых, контакты для подсоединения к сети расположены на поверхности кожуха. В Украине выключатели изготавливает УПП УТОС, расположенное в Житомирской области в городе Коростень.

Испытания автомата АП50

Данная процедура включает в себя проверку функционирования двух основных расцепителей. В процессе применяется ток с разными показателями перегрузки.

Проверка теплового расцепителя АП50

Проверка электромагнитного расщепителя АП-50

В качестве тестируемого аппарата можно использовать, например, РЕТОМ-21. Его подсоединяют к крайним полюсам выключателя после последовательного соединения полюсов. Тестирование проводят тремя типами тока:

• 1,05 * In или 1,1 * In (где In – номинальное значение) – при подаче такого тока прибор не должен выключаться на протяжении часа;
• 1,35 * In – ток, при котором расцепление должно происходить в течение получаса;
• 6 * In – при подаче такой перегрузки отключение происходит в течение 2-15 секунд.

Процедура позволяет проверить исправность автомата при реагировании на различные степени перегрузки.

Проверка электромагнитного расцепителя АП50

Этот расцепитель срабатывает при поступлении десятикратной перегрузки (10 * In, то есть 500 А). Выключение должно происходить за 0,1-0,2 с, при более продолжительном реагировании аппарат считается бракованным.

Приборы серии АП-50 хорошо подходят для защиты сетей от избыточной нагрузки и предотвращения инцидентов короткого замыкания. Однако в случае большой важности класса токоограничения лучше выбрать более быстродействующий автомат. Также важно соблюдать условия эксплуатации – не допускать излишней влажности воздуха и попадания воды на корпус или внутрь выключателя

Как работает и из чего состоит автоматический выключатель

Устройство автоматического выключателя, специфика его функционирования — все это во многом зависит от качества оборудования, его сборки, а также от материалов, из которых изготовлены элементы его конструкции.

Основные элементы конструкции автомата:

• Контакт, который остается подвижным
• Контакт, который остается неподвижным
• Клемма, необходимая для подключения — она расположена в верхней части конструкции
• Камера
• Проводник гибкого типа
• Расцепитель, имеющий форму катушки
• Регулятор — ручка
• Расцепитель, имеющий форму пластины, и выполненный из металла
• Регулятор, осуществляющий управление расцепителем
• Клемма, расположенная внизу
• Участок, через который выпускаются газы.

Основные моменты

Сегодня в продаже можно найти автоматы, отличающиеся друг от друга по конструкции, материалу изготовления. Востребованы выключатели модульного типа, которые характеризуются надежностью, компактностью. Они без проблем устанавливаются, не требуют частого ремонта. Именно такие модели хорошо зарекомендовали себя в разных условиях. Они востребованы в промышленности, используются в бытовых целях.

Важно! Выключатели такого типа выбираются для сетей с невысокими показателями тока. Корпус выключателей выполняется из современных составов диэлектрического типа.

Расцепитель электромагнитного типа

Именно от него зависит скорость активации автомата в условиях короткого замыкания, что является основным принципом работы автоматического выключателя. В таких условиях появляются токи, показатели которых в несколько тысяч раз больше, чем значения по номиналу.

Устройство автоматического выключателя

Важно! Конструкция такого расцепителя включает в себя соленоид, дополненный элементом подпружиненного типа. Он зафиксирован на подвижном контакте. Его катушка является частью контактной цепи.

В условиях короткого замыкания мгновенный рост показателей тока обуславливает столь же резкий рост показателей потока. Под таким влиянием сердечник начинает перемещаться, что влечет за собой расцепление контактов и приостановку питания электролинии.

Расцепитель теплового типа

Данный элемент обеспечивает нужную защиту в условиях роста показателей тока. Он функционирует на протяжении определенного периода времени. Можно сказать, что это элемент отложенного действия. На эпизодический рост показателей он практически не реагирует. Его инерционность обуславливает срабатывание защиты от возможных перегрузок.

Расцепитель теплового типа

Конструкция расцепителя включает в себя:

• Пластину из металла, зафиксированную на корпусе
• Рычаг, через который пластина включается во взаимодействие с расцепительным механизмом.

Камера и контакты

Когда через контакты проходит ток, они разъединяются. Такие условия располагают к появлению дуги. Ее мощность, как правило, прямо пропорциональна тем показателям тока, которые регистрируются в конструкции цепи. Чем более мощной является электрическая дуга, тем быстрее и основательнее оказывается деформация контактов.

Автоматическим выключателем, устройством и принципом действия, подразумевается, что камера нейтрализует воздействие, которое оказывается со стороны дуги. Это происходит в ограниченном объеме. Она устанавливается на участке, где находятся контакты. Выполняется такая камера из металла. Она имеет вид пластин, зафиксированных параллельно друг другу.

Дугогасительная камера

Дуга, которая помещается в структуру камеры, начинает деформироваться. В итоге, происходит ее распад на несколько частиц. Когда частицы попадают на металлические пластины, их температура понижается. В результате, он просто исчезают. В процессе горения начинают образовываться газы. Специально для их выхода в конструкции камеры предусмотрены специальные участки — отверстия. Точно такие же отверстия есть и в конструкции корпуса автоматического выключателя.

Дугогасительная камера красного цвета в центре дифавтомата

Важно! Принцип действия автоматического выключателя, его устройство, равно как и конструкция камеры, требуют обязательного наличия возможности подключения на контакты, расположенные в верхней части конструкции. Такие контакты остаются неподвижными.