Устройство автоматических выключателей

Автоматические выключатели (могущие также именоваться автоматами) - приборы, используемые для коммутации электросети, а также для защиты проводки от таких явлений как замыкание и излишняя нагрузка. Данный прибор объединяет в себе сразу две основные функции: управленческую и защитную. Выполнение защитной функции достигается путем отключения того сегмента электроцепи за который отвечает автомат при возникновении значительной перегрузки или коротком замыкании.

Автоматы

Виды автоматических выключателей

Автоматы подразделяются в зависимости от мощности цепей, для которых они предназначены. Всего выделяются три основных вида данных устройств:

  1. Модульные выключатели, которые наиболее распространены в повседневной жизни и используются в стандартных электросетях. Модульность их конструкции обусловлена стандартной шириной выключателя, зависящей от числа полюсов устройства и кратной 17,5 мм.  
  2. Автоматы, выполненные в литом корпусе, могут применяться в самых разных электрических цепях, где сила тока варьируется от шестнадцати до тысячи ампер. 
  3. Выключатели воздушного типа используются в электросетях большой мощности с силой тока превышающей тысячу ампер. Такие аппараты применяются преимущественно в производственной сфере. 

Конструкция автоматических выключателей

Корпус автомата выполнен из диэлектрика. Конструктивно данное устройство состоит из нескольких основных элементов:

  • Рукояти управления, которая позволяет включать либо отключать аппарат;
  • Теплового расцепителя, выполненного из биметалла, который позволяет отключать прибор от электроцепи в случае когда сила тока превышает безопасное значение. Это достигается путем придания расцепителю формы пластины, которая под воздействием температуры от избыточной силы тока выгибается и производит выключение автомата;
  • Электромагнитного расцепителя, выполненного в форме катушки с проволокой, намотанной на нее. Внутри катушки располагается сердечник с пружиной. Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты от коротких замыканий. Это достигается генерированием в катушке электромагнитного поля, возникающего из-за резкого возрастания силы тока при замыкании, которое, преодолевая сопротивление пружины, перемещает сердечник вниз и отключает устройство;
  • Двух контактов (подвижного и неподвижного) которые дают возможность включать и выключать устройство;
  • Двух клемм, а также фиксатора для крепления автомата на DIN-рейку.
    Более подробно читайте про конструкцию автоматических выключателей

Составные части автоматического выключателя

При нормальном функционировании прибора электроток попадает в автомат через провод, имеющий подключение к клемме, расположенной в верхней части аппарата. Затем, проходя через пластину теплового и катушку электромагнитного расцепителей, а также через неподвижный и подвижный контакты (во включенном положении замыкающих цепь), электроток достигает клеммы, расположенной внизу выключателя, и покидает устройство.

Посмотрите также: промышленные автоматические выключатель серии А3700

Работа автоматического выключателя при перегрузке электросети

Работа автомата - перегруз, кз, гашение дуги

При возникновении перегрузки пластина теплового расцепителя выгибается, что ведет к выключению устройства. При этом время, которое необходимо пластине для изгибания, находится в зависимости от уровня перегрузки и может варьироваться от нескольких секунд до часа. Так как данный аппарат является аналоговым устройством то минимальное значение перегрузки, способное вызвать срабатывание автоматического выключателя, варьируется от тринадцати до сорока пяти процентов от номинального мощности устройства. Однако на температуру биметаллической пластины оказывает влияние и окружающая среда, что может привести к уменьшению силы тока, необходимой для срабатывания выключателя в нагретом помещении и увеличению избыточной нагрузки, требующейся для отключения устройства при пониженной температуре среды. Поэтому для расчета точных параметров автоматического выключателя необходимо учитывать коэффициент тепловой поправки, который указывается производителями в технической документации к устройству. Из-за инерционности теплового расцепителя автоматический выключатель срабатывает не мгновенно, что не допускает срабатывания аппарата при кратковременных перегрузках.

Перегрузка в сети может возникнуть при подключении какого-либо прибора, имеющего слишком большую мощность для данной электросети, либо при одновременной работе нескольких мощных потребителей электроэнергии или большого количества электроприборов. Использование же автомата позволяет исключить перегрев электросети, оплавление изолирующих материалов и значительно уменьшает риск пожара, возникшего от горения проводки.    

электромагнитный расцепитель     

Фото: электромагнитный расцепитель

Работа автоматического выключателя при коротком замыкании

Короткое замыкание в электросети ведет к многократному возрастанию силы тока за крайне небольшой промежуток времени. Это вызывает вырабатывание магнитного поля в катушке электромагнитного расцепителя и опускание сердечника, который преодолевает сопротивление пружины. Сердечник вызывает срабатывание механизма и размыкает контакты, что вызывает отключение аппарата и приводит к разрыву электрической цепи. Это дает возможность предохранить от воздействия замыкания, как сам автомат, так и проводку и подключенные к электросети приборы, предотвращая их повреждение и возгорание.

Из-за природы короткого замыкания скорость срабатывания электромагнитного расцепителя значительно превышает аналогичный показатель теплового расцепителя, но для его активации требуется куда большое значение силы тока. Для срабатывания этого устройства сила электротока должна как минимум втрое превысить номинальную мощность данного автомата.

Гашение электродуги

В автоматическом выключателе при размыкании электрической сети возникает электродуга, мощность которой находится в прямой зависимости от силы тока, который проходит через данную цепь. Образование электродуги приводит к повреждению контактов внутри автомата и значительно сокращает время эксплуатации прибора. Поэтому необходимо специальное устройство, которое позволило бы защитить автоматический выключатель от негативного воздействия электрической дуги. Для этого предназначена дугогасительная камера, представляющая собой ряд параллельных пластин, используемых для раздробления дуги и ее последующего затухания и охлаждения. Горение электродуги вызывает газообразование, поэтому для удаления газов необходимо специальное отверстие.

Из-за возникновения электрической дуги автоматические выключатели не рекомендуется применять в роли обычных выключателей. Поэтому защитная функция данного устройства превалирует над управленческой, хотя и не исключается возможность использования автоматического выключателя для коммутации.