Автоматический выключатель (АВ)

Автоматическими выключателями называются приборы, отвечающие за защиту электроцепи от повреждений, связанных с воздействием на нее тока большой величины. Слишком сильный поток электронов способен вывести из строя бытовую технику, а также вызвать перегрев кабеля с последующим оплавлением и возгоранием изоляции. Если вовремя не обесточить линию, это может привести к пожару, Поэтому, в соответствии с требованиями ПУЭ (Правила устройства электроустановок), эксплуатация сети, в которой не установлены электрические автоматы защиты, запрещена. АВ обладают несколькими параметрами, один из которых – время токовая характеристика автоматического защитного выключателя. В этой статье мы расскажем, чем различаются автоматические выключатели категории A, B, C, D и для защиты каких сетей они используются.

Виды

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

История изобретения

Автомат защиты линии был изобретён американским учёным Чарлзом Графтоном Пэйджем в 1836 году. Первую конструкцию автоматического выключателя описал Эдисон в 1879 году, в то время как его коммерческая система электроснабжения использовала плавкие предохранители. Конструкция современных автоматических выключателей была запатентована швейцарской компанией Brown, Boveri & Cie в 1924 году.

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.

Роль в электрической цепи

Автоматический выключатель предназначен для защиты электрической цепи от перегрузки и токов короткого замыкания. Главным отличием от плавкой вставки является возможность многократного использования и стабильность уставки срабатывания.

Особенности работы автоматов защиты сети

К какому бы классу ни относился автоматический выключатель, его главная задача всегда одна – быстро определить появление чрезмерного тока, и обесточить сеть раньше, чем будет поврежден кабель и подключенные к линии устройства.

Токи, которые могут представлять опасность для сети, подразделяются на два вида:

• Токи перегрузки. Их появление чаще всего происходит из-за включения в сеть приборов, суммарная мощность которых превышает ту, что линия способна выдержать. Другая причина перегрузки – неисправность одного или нескольких устройств.
• Сверхтоки, вызванные КЗ. Короткое замыкание происходит при соединении между собой фазного и нейтрального проводников. В нормальном состоянии они подключены к нагрузке по отдельности.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя – на видео:

Токи перегрузки

Величина их чаще всего незначительно превышает номинал автомата, поэтому прохождение такого электротока по цепи, если оно не затянулось слишком надолго, не вызывает повреждения линии. В связи с этим мгновенного обесточивания в таком случае не требуется, к тому же нередко величина потока электронов быстро приходит в норму. Каждый АВ рассчитан на определенное превышение силы электротока, при котором он срабатывает.

Время срабатывания защитного автоматического выключателя зависит от величины перегрузки: при небольшом превышении нормы оно может занять час и более, а при значительном – несколько секунд.

За отключение питания под воздействием мощной нагрузки отвечает тепловой расцепитель, основой которого является биметаллическая пластина.

Этот элемент нагревается под воздействием мощного тока, становится пластичным, изгибается и вызывает срабатывание автомата.

Токи короткого замыкания

Поток электронов, вызванный КЗ, значительно превосходит номинал устройства защиты, в результате чего последнее немедленно срабатывает, отключая питание. За обнаружение КЗ и немедленную реакцию аппарата отвечает электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником. Последний под воздействием сверхтока мгновенно воздействует на отключатель, вызывая его срабатывание. Этот процесс занимает доли секунды.

Однако существует один нюанс. Иногда ток перегрузки может также быть очень большим, но при этом не вызванным КЗ. Как же аппарат должен определить различие между ними?

На видео про селективность автоматических выключателей:

Здесь мы плавно переходим к основному вопросу, которому посвящен наш материал. Существует, как мы уже говорили, несколько классов АВ, различающихся по времятоковой характеристике. Наиболее распространенными из них, которые применяются в бытовых электросетях, являются устройства классов B, C и D. Автоматические выключатели, относящиеся к категории A, встречаются значительно реже. Они наиболее чувствительны и используются для защиты высокоточных аппаратов.

Между собой эти устройства различаются по току мгновенного расцепления. Его величина определяется кратностью тока, проходящего по цепи, к номиналу автомата.

Классификация

ГОСТ

ГОСТ 9098-78 устанавливает следующую классификацию автоматических выключателей:

1. По роду тока главной цепи: постоянного тока; переменного тока; постоянного и переменного тока.Номинальные токи главных цепей выключателей, предназначенных для работы при температуре окружающего воздуха +40 °C, должны соответствовать ГОСТ 6827. Номинальные токи для главных цепей выключателя выбирают из ряда: 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 2000; 4000; 6300 А. Дополнительно могут выпускаться выключатели на номинальные токи главных цепей выключателей: 1500; 3000; 3200 А.Номинальные токи максимальных расцепителей тока выключателей, предназначенных для работы при температуре окружающего воздуха +40 °C, должны соответствовать ГОСТ 6827.Допускаются номинальные токи максимальных расцепителей тока: 15; 45; 120; 150; 300; 320; 600; 1200; 1500; 2000; 3000; 3200 А.
2. По конструкции: воздушный автоматический выключатель (англ. Air Circuit Breaker, сокращенно АСВ) от 800 А до 6300 А, выключатель в литом корпусе (с англ. — «МССВ») от 10 А до 2500 А, модульные автоматические выключатели (с англ. — «МСВ») от 0,5 А до 125 А.
3. По числу полюсов главной цепи: однополюсные; двухполюсные; трёхполюсные; четырёхполюсные.
4. По наличию токоограничения: токоограничивающие; нетокоограничивающие.
5. По видам расцепителей: с максимальным расцепителем тока; с независимым расцепителем; с минимальным или нулевым расцепителем напряжения.
6. По характеристике выдержки времени максимальных расцепителей тока: без выдержки времени; с выдержкой времени, независимой от тока; с выдержкой времени, обратно зависимой от тока; с сочетанием указанных характеристик.
7. По наличию свободных контактов («блок-контактов») для вторичных цепей: с контактами; без контактов.
8. По способу присоединения внешних проводников: с задним присоединением; с передним присоединением; с комбинированным присоединением (верхние зажимы с задним присоединением, а нижние — с передним присоединением или наоборот); с универсальным присоединением (передним и задним).
9. По виду установки: выкатные с втычными контактами; стационарные.
10. По виду исполнения отсечки: селективные, неселективные.
11. По виду привода: с ручным; с двигательным; с пружинным.
12. По наличию и степени защиты выключателя от воздействия окружающей среды и от соприкосновения с находящимися под напряжением частями выключателя и его движущимися частями, расположенными внутри оболочки (в соответствии с требованиями ГОСТ 14255).

Селективный автоматический выключатель

В стандартах СССР и России селективные автоматические выключатели — это автоматические выключатели с выдержкой времени (0,25—0,6 сек.) при отсечке (см. статью «Токовая отсечка»). Такие выключатели, в сочетании с выключателями с мгновенной отсечкой на нижней ступени, позволяют строить селективное срабатывание при коротком замыкании.

Селективные автоматические выключатели (англ. Selective Main Circuit Breaker) в соответствии с немецким стандартом DIN VDE 0641-21 также имеют функцию селективности, но осуществляют её другим способом.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели время токовые характеристики защитных автоматов, классификацию этих устройств в соответствии с ПУЭ, а также разобрались, в каких цепях устанавливаются приборы различных категорий. Полученная информация поможет вам определить, какое защитное оборудование следует использовать в сети, исходя из того, какие устройства к ней подключены.

Отключение

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения tс, о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошёл установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (tс, о = 0,02-1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (tс, о < 0,005 с).

Нормальные и селективные автоматические выключатели токоограничивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, обладают токоограничивающим действием, так как отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения Іу.

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей путём установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.

Характеристики

Ток мгновенного расцепления

Диаграмма отключения модульных автоматических выключателей разных производителей (закрашена область токов мгновенного расцепления)

Согласно ГОСТ Р 50345-2010 (п.5.3.5), бытовые автоматические выключатели переменного тока делятся на следующие типы (классы) по току мгновенного расцепления:

• тип B: свыше 3·In до 5·In включительно (где In — номинальный ток) (применяется для защиты линий освещения или линий имеющих большую протяженность)
• тип C: свыше 5·In до 10·In включительно (применяется для защиты розеточных групп или линий с потребителями с умеренными пусковыми токами)
• тип D: свыше 10·In до 20·In включительно (применяется для защиты трансформаторов или линий с потребителями с большими пусковыми токами)

Промышленные автоматические выключатели могут быть следующих типов:

• тип L: свыше 8·In
• тип Z: свыше 4·In
• тип K: свыше 12·In

У европейских производителей классификация может несколько отличаться. В частности, имеется дополнительный тип A (свыше 2·In до 3·In).

У АВВ имеются автоматические выключатели с кривыми K (8 — 14·In) и Z (2 — 4·In), соответствующие стандарту МЭК 60947-2.

Испытание автоматических выключателей

Характеристики выключателей проверяют в ходе типовых испытаний (стойкость маркировки; надежность винтов, токопроводящих частей и соединений; надежность выводов для внешних проводников; защита от электрических ударов; электроизоляционные устройства; превышение температуры (28-суточное испытание); характеристика расцепления; механическая и коммутационная износостойкость; короткое замыкание; стойкость против механических толчков и ударов; термостойкость; стойкость против аномального нагрева и огня; коррозиеустойчивость).

Варианты исполнения

• 

  Автоматический выключатель в корпусе пробочного предохранителя

• 

  3-полюсный автомат защиты для непосредственного монтажа

• 

  Автоматические выключатели используемые в США

• 

  Автоматические выключатели советского производства

Модульный автоматический выключатель

Внутреннее устройство модульного автоматического выключателя

Автоматический выключатель, рассчитанный на небольшие токи, в настоящее время, чаще всего имеет модульную конструкцию, которая предназначена для крепления на DIN-рейку. Внутреннее устройство модульного автоматического выключателя показано на рисунке справа. Включение-выключение производится рычажком (1), провода подсоединяются к винтовым клеммам (2). Защелка (9) фиксирует корпус выключателя на DIN-рейке и позволяет при необходимости легко его снять (для этого нужно оттянуть защелку, вставив плоскую отвёртку в петлю защелки). Коммутацию цепи осуществляют подвижный (3) и неподвижный (4) контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие нажатия контактов во включённом состоянии и быстрое их отключение при срыве собачки механизма расцепления посредством одного из двух расцепителей: теплового (5) или электромагнитного (7). Во время расцепления контактов может возникнуть электрическая дуга, поэтому контакты имеют особую форму и находятся рядом с дугогасительной решёткой (8).

Литература

• IEC 60947-2:2016. Low-voltage switchgear and controlgear. Part 2: Circuit-breakers. Edition 5.0. — Geneva: IEC, 2016‑06.
• IEC 60898-1:2015. Electrical accessories. Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations. Part 1: Circuit-breakers for a. c. operation. Edition 2.0. — Geneva: IEC, 2015‑03.
• IEC 60898-2:2016. Electrical accessories. Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations. Part 2: Circuit-breakers for AC and DC operation. Edition 2.0. — Geneva: IEC, 2016‑08.
• IEC 60934:2013. Circuit-breakers for equipment (CBE). Edition 3.2. — Geneva: IEC, 2013‑01.
• IEC 60050-442:1998. International Electrotechnical Vocabulary. Part 442: Electrical accessories. Edition 1.0. — Geneva: IEC, 1998‑11.
• ГОСТ Р 50030.2-2010 (МЭК 60947-2:2006). Аппаратура распределения и управления низковольтная. Ч. 2. Автоматические выключатели.
• ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003). Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Ч. 1. Автоматические выключатели для переменного тока.
• ГОСТ IEC 60898-2-2011. Выключатели автоматические для защиты от сверхтоков электроустановок бытового и аналогичного назначения. Ч. 2. Выключатели автоматические для переменного и постоянного тока.
• ГОСТ Р 50031-2012 (МЭК 60934:2007). Автоматические выключатели для электрооборудования (АВО).
• ГОСТ IEC 60050-442-2015. Международный электротехнический словарь. Ч. 442. Электрические аксессуары.
• Харечко Ю. В. Защитные устройства модульного исполнения. — М.: ООО «АББ Индустри и Стройтехника», 2008. — 336 с.
• Харечко Ю. В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 5// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». — 2017. — № 2. — 160 c.
• Пищур А. П. Оборудование в эксплуатации. Ремонт, ретрофит или полная замена автоматических выключателей? // Журнал «Новости ЭлектроТехники». — 2010. — № 4 (64).
• Пищур А. П. Современные автоматические выключатели // Журнал «Энерго-Инфо». — ООО «АЗБУКА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА» (официальное представительство TERASAKI), 2012. — № 1 (60).

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (7 голосов, среднее: 4.3 из 5) Загрузка...

Читайте также:

Схема электропроводки в трехкомнатной кв... Схема подключения реле напряжения: позна... Варистор: объясняем во всех подробностях... Протекает утюг TEFAL GV8962: описываем д...