Пристрій і вибір малопотужного автоматичного вимикача

Основне призначення автоматичних вимикачів - використання їх в якості захисних апаратів від струмів коротких замикань і струмів перевантажень. Переважним попитом користуються модульні автоматичні вимикачі серії ВА. У цій статті розглянемо пристрій автоматичного вимикача серії ВА47-29 фірми iek.

Завдяки компактному виконанню (уніфіковані розміри модулів по ширині), зручності монтажу (кріплення на DIN-рейці за допомогою спеціальних засувок) і обслуговування, вони широко використовуються в побутових і промислових умовах.

Найбільш часто автомати застосовуються в мережах з порівняно невеликими значеннями струмів робочого режиму і короткого замикання. Корпус автомата виконаний з діелектричного матеріалу, що дозволяє встановлювати його в загальнодоступних місцях.

Улаштування автоматичних вимикачів і принципи їх роботи подібні, відмінності полягають, і це важливо, в матеріалі комплектуючих і якість збірки. Серйозні виробники використовують тільки якісні електротехнічні матеріали (мідь, бронзу, срібло), але зустрічаються і вироби з комплектуючими з матеріалів з «полегшеними» характеристиками.

Найпростіший спосіб відрізнити оригінал від підробки - ціна і вага: оригінал не може бути дешевим і легким при наявності комплектуючих з міді. Вага фірмових автоматів визначається моделлю і не може бути легше 100 - 150 м

Конструктивно модульний автоматичний вимикач виконаний в прямокутному корпусі, що складається з двох скріплених між собою половинок. На лицьовій стороні автомата вказані його технічні характеристики і розташована рукоятка для ручного управління.

Як влаштований автоматичний вимикач - основні робочі органи автомата?

Якщо розібрати корпус (для чого необхідно висвердлити з'єднують його половинки заклепки), то можна побачити пристрій автоматичного вимикача і отримати доступ до всіх його компонентів. Розглянемо найбільш важливі з них, які забезпечують нормальне функціонування пристрою.

1. Верхня клема для підключення;

2. Нерухоме силовий контакт;

3. Рухомий силовий контакт;

4. Дугогасительная камера;

5. Гнучкий провідник;

6. Електромагнітний расцепитель (котушка з сердечником);

7. Ручка для управління;

8. Тепловий расцепитель (біметалічна пластина);

9. Гвинт для регулювання теплового розчеплювача;

10. Нижня клема для підключення;

11. Отвір для виходу газів (які утворюються при горінні дуги).

електромагнітний расцепитель

Функціональне призначення електромагнітного розчеплювача - забезпечення практично миттєвого спрацьовування автоматичного вимикача при виникненні в захищається ланцюга короткого замикання. У цій ситуації в електричних ланцюгах виникають струми, величина яких в тисячі разів перевищують номінальне значення цього параметра.

Час спрацювання автомата визначається по його времятоковим характеристикам (залежність часу спрацьовування автомата від величини струму), які позначаються індексами А, В або C (найбільш поширені).

Тип характеристики позначений в параметрі номінального струму на корпусі автомата, наприклад, С16. Для наведених характеристик час спрацьовування знаходиться в межах від сотих до тисячних часток секунди.

Конструкція електромагнітного розчеплювача є соленоїд з підпружиненим сердечником, який пов'язаний з рухомим силовим контактом.

Електрично котушка соленоїда включена послідовно в ланцюжок, що складається з силових контактів і теплового розчеплювача.

При включеному автоматі і номінальному значенні струму, через котушку соленоїда протікає струм, однак, величина магнітного потоку мала для втягування сердечника. Силові контакти замкнуті і це забезпечує нормальне функціонування захищається установки.

При короткому замиканні різке збільшення струму в соленоїді приводить до пропорційного збільшення магнітного потоку, здатного подолати дію пружини і перемістити сердечник і пов'язаний з ним рухливий контакт. Переміщення сердечника викликає розмикання силових контактів і знеструмлення захищається лінії.

тепловий расцепитель

Тепловий расцепитель виконує функцію захисту при невеликому, але чинним протягом щодо тривалого проміжку часу, перевищенні допустимого значення струму.

Тепловий расцепитель - расцепитель уповільненої дії, він не реагує на короткочасні кидки струму. Час спрацювання цього виду захисту регламентується також час-струмовими характеристиками.

Інерційність теплового розчеплювача дозволяє реалізувати функцію захисту мережі від перевантаження. Конструктивно теплової расцепитель представляє консольно закріплену в корпусі біметалічну пластину, вільний кінець якої через важіль взаємодіє з механізмом розчеплення.

Електрично биметаллическая пластина включена послідовно з котушкою електромагнітного розчеплювача. При включеному автоматі в послідовної ланцюжку протікає струм, нагріваючи біметалічну пластину. Це призводить до переміщення її вільного кінця в безпосередню близькість до важеля механізму розчеплення.

При досягненні значень струму, зазначених у часово-струмових характеристиках і після закінчення певного часу пластина нагріваючись згинається, контактує з важелем. Останній через механізм розчеплення розмикає силові контакти - мережа виявляється захищеною від перевантаження.

Регулювання струму спрацювання теплового розчеплювача за допомогою гвинта 9 виробляється в процесі складання. Так як більшість автоматів модульні і їх механізми запаяні в корпусі простому електрику немає можливості провести таку регулювання.

Силові контакти і дугогасильні камери

Розмикання силових контактів при протіканні через них струму призводить до виникнення електричної дуги. Потужність дуги зазвичай пропорційна току в комутованій ланцюга. Чим могутніше дуга, тим сильніше вона руйнує силові контакти, пошкоджує пластмасові деталі корпусу.

У пристрої автоматичного вимикача дугогасильні камери обмежує дію електричної дуги в локальному обсязі. Вона розташовується в зоні силових контактів і виконана з покритих міддю паралельних пластин.

У камері дуга розпадається на дрібні частини, потрапляючи на пластини, остигає і припиняє своє існування. Виділяються при горінні дуги гази виводяться через отвори в дні камери і корпусі автомата.

Пристрій автоматичного вимикача і конструкція дугогасильні камери обумовлюють підключення харчування на верхні нерухомі силові контакти.

Принцип роботи автоматичного вимикача

Для захисту побутових електричних ланцюгів зазвичай використовуються автоматичні вимикачі модульної конструкції. Компактність, легкість монтажу і заміни, в разі необхідності, пояснює їх широке поширення.

Зовні такий автомат являє собою корпус з термостійкої пластмаси. На лицьовій поверхні розташована рукоятка включення і виключення, ззаду - фіксатор-засувка для кріплення на DIN-рейці, а зверху і знизу - гвинтові клеми. У цій статті розглянемо принцип роботи автоматичного вимикача.

Як працює автоматичний вимикач?

У режимі штатної роботи через автомат протікає струм, менший або рівний номінальному значенню. Напругу живлення від зовнішньої мережі подається на верхню клему, з'єднану з нерухомим контактом. З нерухомого контакту струм надходить на замкнутий з ним рухливий контакт, а від нього, через гнучкий мідний провідник - на котушку соленоїда. Після соленоїда струм подається на теплової расцепитель і вже після нього - на нижню клему, з підключеною до неї мережею навантаження.

В аварійних режимах автоматичний вимикач відключає захищається ланцюг за рахунок спрацьовування механізму вільного розчеплення, що приводиться в дію тепловим або електромагнітним расцепителем. Причиною такого спрацьовування є перевантаження або коротке замикання.

Тепловий расцепитель - це биметаллическая пластина, що складається з двох шарів сплавів з різними коефіцієнтами термічного розширення. При проходженні електричного струму пластина нагрівається і згинається в 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 захищається навантаження.

Електромагнітний расцепитель складається з соленоїда з рухомим сталевим сердечником, утримуваним 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 викликає спрацьовування механізму розчеплення. У нормальному режимі роботи в котушці також наводиться магнітне поле, але його сили недостатньо, щоб подолати опір пружини і втягнути сердечник.

Як працює автомат в режимі перевантаження

Режим перевантаження виникає, коли струм в підключеної до автомата ланцюга перевищує номінальне значення, на яке розрахований автоматичний вимикач. При цьому підвищений струм, що проходить через тепловий расцепитель, викликає підвищення температури біметалічної пластини і, відповідно, збільшення її вигину аж до спрацьовування механізму розчеплення. Автомат відключається і розмикає ланцюг.

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

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

Мінімальне значення струму, при якому повинен спрацювати теплової расцепитель, встановлюється за допомогою регулювального гвинта на заводі-виробнику. Зазвичай це значення в 1,13-1,45 разів перевищує номінал, зазначений на маркуванні автомата.

На величину струму, при якому спрацює тепловий захист, впливає і температура навколишнього середовища. У жаркому приміщенні биметаллическая пластина прогріється і зігнеться до спрацьовування при меншому струмі. А в приміщеннях з низькими температурами струм, при якому спрацює тепловий расцепитель, 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 і посудомийна машина, праска, електрочайник і т.д.) - цілком може привести до спрацьовування теплового розчеплювача.

В цьому випадку визначитеся, які з споживачів можна відключити. І не поспішайте знову включати автомат. Ви все одно не зможете звести його в робоче положення, поки він не охолоне, а биметаллическая пластина расцепителя не повернеться в свій початковий стан. Тепер ви знаєте як працює автоматичний вимикач при перевантаженнях

Як працює автомат в режимі короткого замикання

У разі короткого замикання принцип роботи автоматичного вимикача інший. При короткому замиканні струм в 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 расцепитель саме так і спрацьовує.

Електромагнітний расцепитель є котушку соленоїда, всередині якої розташований сталевий сердечник, утримуваний у фіксованому положенні пружиною.

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

Таким чином, спрацьовування електромагнітного розчеплювача захищає від загоряння і руйнування електропроводку, який замкнув електроприлад і сам автомат. Час його спрацьовування складає близько 0,02 секунди, і електропроводка не встигає розігрітися до небезпечних температур.

У момент розмикання силових контактів автомата, коли по ним проходить великий струм, між ними виникає електрична дуга, температура якої може досягати 3000 градусів.

Щоб захистити контакти і інші деталі автомата від руйнівного впливу цієї дуги, в конструкції автомата передбачена дугогасильні камери. Дугогасильні камери являє собою грати 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 по нерухомому контакту, а потім по з'єднаному з ним провідникові, який веде до задньої стінки дугогасильні камери.

Там вона ділиться (дробиться) на пластинах дугогасильні камери, слабшає і гасне. У нижній частині автомата передбачені спеціальні отвори для відводу газів, що утворюються при горінні дуги.

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

Вимкніть всі споживачі і спробуйте включити автомат. Якщо вам це вдалося і автомат не вибиває, значить, дійсно - винен один з 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 з пробоєм ізоляції проводки. Доведеться шукати, де це сталося.

Ось такий принцип роботи автоматичного вимикача в умовах різних аварійних ситуацій.

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

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

Критерій вибору автоматичних вимикачів

Основними показниками на які посилаються при виборі автоматів є:

•• кількість полюсів;

•• Номінальну напругу;

•• максимальний робочий струм;

•• відключає здатність (струм короткого замикання).

кількість полюсів

Кількість полюсів автомата визначається з числа фаз мережі. Для установки в однофазної мережі використовують однополюсні або двополюсні. Для трифазної мережі застосовують трьох- і чотириполюсні (мережі з системою заземлення нейтрали TN-S). У побутових секторах зазвичай використовують одно- або двополюсні автомати.

Номінальну напругу

Номінальна напруга автомата цю напругу на яке розрахований сам автомат. Не залежно від місця установки напруга автомата повинно бути рівним або більшим номінальній напрузі мережі:

Максимальний робочий струм

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

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

Для мережі 220 В при навантаженні в 1 кВт, струм складає 5 А. В 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 в квартирі вийшла 4.6 кВт, струм при цьому дорівнює приблизно 23 А. Для більш точного знаходження струму можна скористатися відомою формулою:

Для побутових електроприладів.

здатність, яка відключає

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

При виборі автоматів промислового призначення їх додатково перевіряють на:

• електродинамічну стійкість:

• термічну стійкість:

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

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

Що таке час струмові характеристики автоматичних вимикачів

При нормальній роботі електромережі і всіх приладів через автоматичний вимикач протікає електричний струм. Однак якщо сила струму з яких-небудь причин перевищила номінальні значення, відбувається розмикання ланцюга через спрацювання расцепителей автоматичного вимикача.

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

Дана характеристика складна тим, що для її вираження необхідне використання графіків. Автомати з одним і тим же номіналом будуть при різних перевищення струму по-різному відключатися в залежності від типу кривої автомата (так іноді називається струмовий характеристика), завдяки чому є можливість застосовувати автомати з різною характеристикою для різних типів навантаження.

Тим самим, з одного боку, здійснюється захисна струмовий функція, а з іншого боку, забезпечується мінімальна кількість помилкових спрацьовувань - в цьому і полягає важливість даної характеристики.

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

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

За логікою роботи, автомат, звичайно ж, повинен відключитися. Наприклад, мотор споживає в пусковому режимі 12 А, а в робочому - 5. Автомат варто на 10 А, і від 12 його вирубає. Що в такому випадку робити? Якщо наприклад 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 буде спрацьовувати від будь-якого руху. Ось для цього і було придумано таке поняття для автомата, як його «час струмовий характеристика».

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

Як відомо основними органами спрацьовування автоматичного вимикача є теплової та електромагнітний расцепитель.

Тепловий расцепитель являє собою пластину з біметалу, згинається при нагріванні струмом, що протікає. Тим самим в дію приводиться механізм розчеплення, при тривалому перевантаженні спрацьовує, з зворотнозалежну витримкою часу. Нагрівання біметалічною пластинки і час спрацьовування розчеплювача безпосередньо залежать від рівня перевантаження.

Електромагнітний расцепитель є соленоидом з сердечником, магнітне поле соленоїда при певному струмі втягує сердечник, що приводить в дію механізм розчеплення - відбувається миттєве спрацьовування при КЗ, завдяки чому постраждалу ділянку мережі не буде чекати прогрівання теплового розчеплювача (біметалічної пластини) в автоматі.

Залежність часу спрацьовування автомата від сили струму, що протікає через автомат, якраз і визначається час струмового характеристикою автоматичного вимикача.

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

Ці букви вказують ток миттєвого спрацьовування електромагнітного розчеплювача 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 зазначені вище?

Наведу невеликий приклад. Припустимо, є два автомата однакової потужності (рівні по номінальному струмі) але характеристики спрацьовування (латинські літери на автоматі) різні: автомати В16 і С16.

Діапазони спрацьовування електромагнітного розчеплювача для В16 складає 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, в той час як С16 відключиться не відразу а через кілька секунд від теплового захисту (після того як нагріється його биметаллическая пластина).

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

Що стосується характеристики D, то вона якраз годиться для харчування будь-яких електромоторів, великих двигунів і 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 вартими нижче груповими АВ при КЗ.

Що захищає автоматичний вимикач

Перш ніж 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 ніякого діла до приладів, які ви підключаєте до мережі - він захищає електропроводку від перевантаження.

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

Особливо сильно зростає сила струму при короткому замиканні. Величина сили струму може зрости до декількох тисяч ампер. Звичайно, ніякої кабель не здатний довго протриматися при такому навантаженні. Тим більше, кабель перетином 2,5 кв. мм, який часто використовують для прокладки електропроводки в приватних домоволодіннях і квартирах. Він просто загориться, як бенгальський вогонь. А відкритий вогонь в приміщенні може привести до пожежі.

Тому правильний розрахунок автоматичного вимикача грає дуже велику роль. Аналогічна ситуація виникає при перевантаженнях - автоматичний вимикач захищає саме електропроводку.

Коли навантаження перевищує допустиме значення, сила струму різко зростає, що призводить до нагрівання проводу і оплавлення ізоляції. У свою чергу, це може привести до виникнення короткого замикання. А наслідки такої ситуації передбачувані - відкритий вогонь і пожежа!

За якими струмів роблять розрахунок автоматів

Функція автоматичного вимикача полягає в захисті електропроводки, підключеної після нього. Основним параметром, за яким проводять розрахунок автоматів, є номінальний струм. Але номінальний струм чого, навантаження або проводу?

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 по потужності (за номінальним струмом електроприймача) виробляють, якщо дроти по всій довжині на всіх ділянках електропроводки розраховані на таке навантаження. Тобто допустимий струм електропроводки більше номіналу автомата.

Наприклад, на ділянці, де використовується провід перетином 1 кв. мм, величина навантаження складає 10 кВт. Вибираємо автомат по номінальному струмі 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 в 40 ампер. Автомат відключиться лише тоді, коли відбудеться коротке замикання. В результаті може вийти з ладу проводка і навіть трапитися пожежа.

Тому визначальною величиною для вибору номінального струму автомата є перетин токопроводящего дроти. Величина навантаження враховується лише після вибору перетину дроту. Номінальний струм, зазначений на автоматі, повинен бути менше максимального струму, допустимого для проведення даного перетину.

Таким чином, вибір автомата виробляють за мінімальним перерізом проводу, який використовується в проводці.

Наприклад, допустимий струм для мідного дроту перетином 1,5 кв. мм, становить 19 ампер. Значить, для даного проводу вибираємо найближче значення номінального струму автомата в меншу сторону, що становить 16 ампер. Якщо вибрати автомат зі значенням 25 ампер, то проводка буде грітися, так як провід даного перетину не призначений для такого струму. Щоб правильно провести розрахунок автоматичного вимикача, необхідно, в першу чергу, враховувати перетин дроту.

Посилання для скачування:

Вибір малопотужного автоматичного виключателя..docx

Вибір малопотужного автоматичного виключателя..pdf

http://electricvdome.ru/