Автоматический воздушный выключатель: устройство и принцип действия

Автоматические воздушные выключатели

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) служат для автоматического отключения электрической цепи при возникновении в ней перегрузки, короткого замыкания, снижении напряжения ниже установленного значения, изменении направления передачи энергии. Они применяются также в качестве коммутирующих аппаратов ручного управления для нечастых включений и отключений потребителей электрической энергии, например, электродвигателей небольшой мощности. «Воздушными» автоматические выключатели называют потому, что гашение электрической дуги на коммутирующем контакте происходит в воздушной среде. Узел защиты с автоматическим выключателем (АВ) рассмотрен в п. 5.1, рис. 5.1а.

В зависимости от типа АВ может выполнять одну или несколько функций защиты. Например, установочный автомат в большинстве исполнений защищает электрическую цепь от короткого замыкания и от перегрузки. Для этого в нем предусмотрены воспринимающие элементы – расцепители, аналогичные по принципу действия воспринимающим элементам электромагнитного реле максимального тока и электротеплового реле. Автомат, защищающий электрическую цепь от чрезмерного снижения напряжения, имеет рацепитель, подобный воспринимающему элементу электромагнитного реле минимального напряжения.

Максимальный расцепитель (реагирующий на ток короткого замыкания) и минимальный расцепитель (реагирующий на снижение напряжения) по существу представляет собой электромагнитный механизм (см. [1], п. 4.1) с якорем, втягивающимся в катушку под действием электромагнитной силы тяги. Якорь воздействует на защелку механической передачи (см. [1], п. 3.2), которую (МП) называют механизмом свободного расцепления. Для этого механизма предусматривают также ручной привод, чтобы человек мог осуществлять включение и выключение автомата.

В автоматических выключателях, выполняющих функцию защиты от изменения направления передачи энергии (от «обратного тока», от «обратной мощности») есть независимый расцепитель, выполненный как электромагнитный механизм. В некоторых автоматах используются расцепители, работающие по принципу электродинамического преобразователя (см. [1], п. 3.4.), а также полупроводниковые расцепители.

Автоматический воздушный выключатель с несколькими видами защит представлен структурной схемой на рис. 5.7.

Автоматический воздушный выключатель (АВВ) воздействует на контролируемую им электрическую цепь (ЭЦК) коммутирующим контактом (КК), изменяя сопротивление (RK) цепи. При разомкнутом КК приемник электрической энергии (ПЭЭ) отключен от питания со стороны источника электрической энергии (ИЭЭ). Количество коммутирующих (главных) контактов может быть от одного до трех. В контактной системе предусматривают устройства гашения электрической дуги, обычно, дугогасительные решетки (см. [1], п. 2.8). В некоторых автоматах устанавливают дополнительные дугогасительные контакты, и могут быть предусмотрены вспомогательные контакты для коммутации слаботочных цепей сигнализации и управления.

В зависимости от типа автомата его узел расцепителей (УР) состоит из определенной комбинации расцепителей из следующего состава:

Р1 – расцепитель минимального напряжения U (минимальный расцепитель, реагирующий на снижение напряжения);

Р2 – расцепитель максимального тока I (максимальный расцепитель, реагирующий на ток короткого замыкания);

Р3 –независимый расцепитель, на который подается сигнал Uнпэ, несущий информацию, например, об изменении направления передачи энергии в цепи ЭЦП;

РТ – расцепитель тока перегрузки (тепловой расцепитель, реагирующий на ток пергрузки).

Узел УР установочного автомата с комбинированным расцепителем состоит из расцепителей Р2 и РТ. Универсальный автомат имеет расцепители Р1, Р2. В зависимости от назначения и по составу узла расцепителей выделяют также максимальные автоматы по току, минимальные автоматы по току, максимальные автоматы, реагирующие на производную тока по времени, и др. [9]. Для построения селективно действующей защиты в АВ предусматривают возможность регулировки тока и времени срабатывания.

Каждый из расцепителей независимо воздействует на механизм свободного расцепления (МСР), снимая упор с защелки механической передачи (см. [1] п. 3.2). Это приводит к размыканию коммутирующих контактов КК. Поэтому отключение поврежденного участка электрической цепи ЭЦК и приемника ПЭЭ произойдет тогда, когда хотя бы один из контролируемых параметров цепи ЭЦК выйдет за пределы области допустимых значений, определенной соответствующими уставками расцепителей. Включение автомата для замыкания электрической цепи ЭЦК и отключение автомата для размыкания цепи производится человеком воздействиями хвкл и хотк на рычажный или кнопочный орган ручного управления (ОрУ) автомата (рис. 5.7).

На рис. 5.8а приведена электрическая схема, иллюстрирующая подключение установочного автомата к трехфазной сети и его условное обозначение на схеме. Действие автомата (QF) при автоматическом отключении двигателя (М) комбинированным расцепителем максимального тока и тока перегрузки представляют с помощью времятоковой характеристики, которую приводят в паспорте автомата. Типовой вид времятоковой (защитной) характеристики установочного автомата с комбинированным расцепителем изображен на рис. 5.8б.

Участок a-b времятоковой характеристики создается электротепловым расцепителем, выполняющим функцию защиты по току перегрузки при I >IРТ, где IРТ – уставка тока срабатывания электротеплового расцепителя (при tср>>ТР – см. п. 5.3). Участок c-d обусловлен действием электромагнитного расцепителя максимального тока. Время срабатывания τср автоматического выключателя от электромагнитного расцепителя практически не зависит от силы тока I, если сила тока превышает уставку IРЭМ электромагнитного расцепителя.

В зависимости от быстродействия выделяют: 1) нормальные автоматы, собственное время срабатывания которых составляет 0,02…0,1 с; 2) селективные автоматы, обеспечивающие выдержку на отключение до 1 с; 3) быстродействующие автоматы, время срабатывания которых составляет тысячные доли секунды.

Автоматы выпускаются на переменные напряжения от 220 до 660 В и постоянные напряжения от 110 до 440 В. Наибольшее применение получили автоматы следующих серий:

АЗ000 – наиболее распространенная серия. Рассчитаны на переменные напряжения 380, 660 В, постоянные напряжения до 440 В. Отключаемые токи (коммутационная способность) до 60 кА.

АЕ1000, АЕ2000 – для защиты цепей и электроприемников от перегрузки и коротких замыканий. Напряжения: переменные 380, 660 В, постоянные 110, 220 В. Отключаемые токи от 1 до 10 кА.

«Электрон» – для установки в распределительных устройствах на постоянное напряжение до 440 В и переменное до 660 В. Отключаемый ток от 50 до 160 кА.

Автоматические воздушные выключатели серии АП-50 применяют на напряжение до 500 В переменного тока и до 220 В постоянного тока. Ручной привод имеет две кнопки – одну на включение, другую на отключение автомата. Выключатель имеет электромагнитный расцепитель и электротепловой расцепитель. Номинальный ток расцепителей до 50 А. Уставку электротеплового расцепителя можно регулировать на 30…40% в сторону уменьшения относительно номинального тока.

Автоматы выбирают по числу полюсов, по номинальным значениям тока и напряжения. Номинальные значения напряжения UНав и тока IНав автомата по отношению к номинальному значению напряжения сети UНсети и номинальному току нагрузки (двигателя) IНдв должны удовлетворять следующим условиям:

Уставки IРТ , IРЭМ токов для защиты двигателя электропривода обычно определяют следующим образом:

для электротеплового расцепителя (защита от перегрузки) – по номинальному току двигателя IНдв,

для электромагнитного расцепителя (защита от короткого замыкания) – по наибольшему значению тока какого-либо переходного процесса Iпер (пуск, реверс, торможение),

Предельный ток отключения автомата должен быть не менее возможного тока короткого замыкания в цепи.

Устройства защиты двигателя мотор-автоматы (серии MS, GV, отечественных аналогов пока нет) с комбинированным расцепителем специально разработаны для применения в цепях защиты электродвигателей. Они имеют некоторые особенности:

• выпускаются только в трехполюсном исполнении;

• рассчитаны на номинальные токи от 16 до 100 А;

• номинальный ток двигателя устанавливается на автомате (серии GV) с помощью регулироволчного диска;

• имеют точную подстройку теплового расцепителя;

• уставка электромагнитного расцепителя составляет, как правило,

(12 … 14)IНав, что соответствует работе автомата на индуктивную нагрузку (режим пуска АС-3);

• выключатели имеют высокую электродинамическую стойкость – до 100 кА;

• выключатели имеют на корпусе рычаг или кнопки ручного включения и отключения нагрузки;

• конструкция корпуса позволяет объединить в единый компактный блок автомат и согласованный с ним по габаритам пускатель;

• выключатели имеют либо встроенные, либо навесные быстромонтируемые дополнительные контакты, срабатывающие при перегрузках и короткихзамыканиях;

• глубина защиты электродвигателя может быть повышена за счет отдельно поставляемых быстромонтируемых элементов – независимого расцепителя и реле минимального напряжения.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9676 – | 7408 – или читать все.

10 Лекция 10. Воздушные автоматические выключатели

Содержание лекции: общие сведения об автоматических выключателях. Классификация. Конструкции. Параметры выключателей с микропроцессорным расцепителем.

Цель лекции: изучение конструкции автоматических воздушных выключателей.

10.1 Общие сведения. Классификация

Автоматический воздушный выключатель (автомат) – аппарат, предназначенный для автоматического отключения цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 раз в сутки) коммутаций электрических цепей. Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного до 1000В и постоянного тока до 440В одно-, двух-, трех – и четырехполюсном исполнении на номинальные токи от 6,3 до 6300 А.

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, назы­ваемые расцепителями. Расцепители обеспечивают отключение автомата при пере­грузках, КЗ и снижении напряжения. Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой.

По времени отключе­ния выключатели различаются на следующие типы:

– нормальные выключатели – время срабатывания, в зависимости от номинального тока и конструкции лежит в пределах 0,02-0,1 сек.;

– селективные – отключение происходит после получения импульса на срабатывания и перед отключением имеют выдержку времени до 1 сек.;

– быстродействующие выклю­чатели – время их срабатывания не должно превосходить 0,005 сек.

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 ударного значе­ния.

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

В некоторых случаях требуется комбинированная защита электрической цепи – максимальная по току и минимальная по напряжению. Автоматы, удовлетворяющие этому требованию, называются универсальными.

Автоматы общепромышленного, коммерческого и бытового назначения обычно имеют лишь максимально- токовую защиту, отрегулированную на заводе. В эксплуатации эти характеристики не могут быть изменены. Такие автоматы называются установочными.

Современные выключатели с номинальным током более 250А, могут быть снабжены электронными расцепителями. В этих выключателях потребителю предоставлена возможность самому производить настройку уставок расцепителей. Могут быть отрегулированы токи теплового и электромагнитного расцепителя, а также и время их срабатывания, что позволяет надежно отстроить выключатель от пусковых токов и обеспечить селективность срабатывания защиты.

Читайте также:  Шаговое напряжение: определение, радиус действия, способы выхода

10.2 Конструкции автоматических выключателей

Основные элементы автоматического выключателя и их взаимодей­ствие рассмотрим по принципиальной схеме (рисунок 10.1).

Рисунок 10.1- Принципиальная схема автоматического выключателя

Контактная система выключателей на большие токи выполняется двухсту­пенчатой и состоит из главных 11, 5 и дугогасительных контактов 7.

Главные контакты должны иметь малое переходное сопротивление, так как по ним проходит основной ток. Обычно это массивные медные кон­такты с серебряными накладками на неподвижных контактах и металлокерамическими накладками на подвижных контактах. Дугогасительные кон­такты замыкают и размыкают цепь, поэтому они должны быть устойчивы к возникающей дуге, поверхность этих контактов металлокерамическая. При номинальных токах до 630А контактная система одноступенчатая, т. е. контакты играют роль как главных, так и дугогасительных. На рисунке 10.1 выключатель показан в отключенном положении. Чтобы его включить, вращают рукоятку 2 или подают напряжение на электро­магнитный привод 1. Возникающее усилие перемещает рыча­ги 3 вправо, при этом поворачивается несущая деталь 13, замыкаются сна­чала дугогасительные контакты 7 и создается цепь тока через эти контакты и гибкую связь 12, а затем главные контакты 5 — 11. После завер­шения операции выключатель удерживается во включенном положении защелкой 14 с зубцами 15 и пружиной 16.

Отключают выключатель рукояткой 2, приводом 1 или автоматически при срабатывании расцепителей. Максимальный расцепитель 17 срабатывает при протекании по его обмотке YAT1 тока КЗ. Создается усилие, преодолевающее натяжение Р пружины 16, рычаги 3 переходят вверх за мертвую точку, в результа­те чего автоматический выключатель отключается под действием отклю­чающей пружины 4.Этот же расцепитель выполняет функции независимого расцепителя. Если на нижнюю обмотку YAT2 подать напряжение кнопкой SB, он срабатывает и осуществляет дистанционное отключение. При снижении или исчезновении напряжения срабатывает мини­мальный расцепитель 18 и также отключается автоматический выключатель. При отключении сначала размыкаются главные контакты, и весь ток переходит на дугогасительные контакты. На главных контактах дуга не образуется. Дугогасительные контакты 7 размыкаются, когда главные находятся на достаточном расстоянии. Между дугогасительными контактами образуется дуга, которая выдувается вверх в дугогасительную камеру 8, где и гасится. Дугогасительные камеры выполняются чаще всего со стальными пластинами (эф­фект деления длинной дуги на короткие), а для автоматов на большие токи с лабиринтно-щелевыми (эффект гашения дуги в узкой щели). Втягивание дуги в камеру осуществ­ляется магнитным дутьем. Материал камеры должен обладать высокой дугостойкостью. При протекании тока КЗ через включенный автоматический выключа­тель между контактами возникают значительные электродинамические силы, превышающие силы контактных пружин 6 и 10, которые могут ото­рвать один контакт от другого, а образовавшаяся дуга сварить их. Чтобы избежать самопроизвольного отключения, применяют электродина­мические компенсаторы 9, в виде изогнутых петлей шинок. Токи в шин­ках 9 имеют разное направление, что создает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах.

Рычаги 3 играют роль механизма свободного расцепления, который обеспечивает отключение автоматического выключателя в любой момент времени, в том числе при необходимости и в процессе включения. Если выключатель включается на существующее КЗ, то мак­симальный расцепитель 17 срабатывает и переводит рычаги 3 вверх за мертвую точку, нарушая связь привода 1 (или 2) с подвижной системой ав­томатического выключателя, который отключается пружиной 4, несмотря на то, что приводом будет передаваться усилие на включение. Принципиально все современные выключатели выполнены по приведенной выше схеме. Могут отличаться дизайном, конструктивными и проводниковыми материалами и устройством защит.

Автоматические выключатели в соответствии с современным стандартом характеризуются следующими основными параметрами:

In – номинальный ток выключателя. Это ток, длительное протекание которого не вызывает нагрев выключателя сверх допустимой температуры.

Icu – номинальная предельная отключающая способность короткого замыкания. Это действующее значение максимального тока КЗ, который выключатель еще способен отключить, сохраняя при этом свою работоспособность.

Ics – Номинальная рабочая отключающая способность короткого замыкания. Это действующее значение тока КЗ, который выключатель способен повторно отключить после только что отключенного КЗ, сохраняя при этом свою работоспособность.

Icm – Номинальная включающая способность короткого замыкания. Это максимальное значение тока КЗ (ударный ток КЗ), которое выключатель способен выдержать, сохраняя при этом свою работоспособность.

Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы

Эта статья продолжает серию публикаций по электрическим аппаратам защиты — автоматическим выключателям, УЗО, дифавтоматам, в которых мы подробно разберем назначение, конструкцию и принцип их работы, а также рассмотрим их основные характеристики и детально разберем расчет и выбор электрических аппаратов защиты. Завершит этот цикл статей пошаговой алгоритм, в котором кратко, схематично и в логической последовательности будет рассмотрен полный алгоритм расчета и выбора автоматических выключателей и УЗО.

Чтобы не пропустить выход новых материалов по этой теме подписывайтесь на новостную рассылку, форма подписки внизу этой статьи.

Ну а в этой статье мы разберемся, что же такое автоматический выключатель, для чего предназначен, как он устроен и рассмотрим, как он работает.

Автоматический выключатель (или обычно просто «автомат») — это контактный коммутационный аппарат, который предназначен для включения и отключения (т.е. для коммутации) электрической цепи, защиты кабелей, проводов и потребителей (электрических приборов) от токов перегрузки и от токов короткого замыкания.

Т.е. автоматический выключатель выполняет три основный функции:

1) коммутацию цепи (позволяет включать и отключать конкретный участок электрической цепи);

2) обеспечивает защиту от токов перегрузки, отключая защищаемую цепь, когда в ней протекает ток, превышающий допустимый (например, при подключении в линию мощного прибора или приборов);

3) отключает от питающей сети защищаемую цепь, когда в ней возникают большие по значению токи короткого замыкания.

Таким образом, автоматы выполняют одновременно и функции защиты и функции управления.

По конструктивному исполнению выпускаются три основных типа автоматических выключателей:

воздушные автоматические выключатели (применяются в промышленности в цепях с большими токами в тысячи ампер);

автоматические выключатели в литом корпусе (рассчитаны на большой диапазон рабочих токов от 16 до 1000 Ампер);

модульные автоматические выключатели, наиболее нам известные, к которым мы привыкли. Они широко применяются в быту, в наших домах и квартирах.

Модульными они называются потому, что их ширина стандартизирована и в зависимости от количества полюсов, кратна 17.5 мм, более подробно этот вопрос будет рассмотрен в отдельной статье.

Мы с вами, на страницах сайта http://elektrik-sam.info, будем рассматривать именно модульные автоматические выключатели и устройства защитного отключения.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

Рассматривая конструкцию УЗО, я говорил, что для исследования от заказчика достались также и автоматические выключатели, конструкцию которых мы сейчас рассмотрим.

Корпус автоматического выключателя изготавливается из диэлектрического материала. На передней панели нанесена торговая марка (брэнд) производителя, каталожный номер. Основные характеристики — номинал (в нашем случае номинальный ток 16 Ампер) и время токовая характеристика (у нашего образца С).

Также на передней поверхности указываются и другие параметры автоматического выключателя, о которых речь пойдет в отдельной статье.

На задней части имеется специальное крепление для монтажа на DIN-рейку и крепления на ней с помощью специальной защелки.

DIN-рейка — это металлическая рейка специальной формы, шириной 35 мм, предназначенная для крепления модульных устройств (автоматов, УЗО, различных реле, пускателей, клеммников и т.д.; выпускаются счетчики электроэнергии специально для установки на DIN-рейку). Для монтажа на рейку необходимо завести корпус автомата за верхнюю часть DIN-рейки и нажать на нижнюю часть автомата, чтобы фиксатор защелкнулся. Для снятия с DIN-рейки необходимо поддеть снизу фиксатор защелки и снять автомат.

Встречаются модульные устройства с тугими защелками, в этом случае при установке на DIN-рейку необходимо поддевать снизу защелку фиксатора, заводить автомат на рейку и потом отпускать защелку, либо защелкивать ее принудительно, надавливая на нее отверткой.

Корпус автоматического выключателя состоит из двух половинок, соединенных четырьмя заклепками. Чтобы разобрать корпус, необходимо высверлить заклепки и снять одну из половинок корпуса.

В результате получаем доступ к внутреннему механизму автоматического выключателя.

Итак, в конструкцию автоматического выключателя входят:

1 — верхняя винтовая клемма;

2 — нижняя винтовая клемма;

3 — неподвижный контакт;

4 — подвижный контакт;

5 — гибкий проводник;

6 — катушка электромагнитного расцепителя;

7 — сердечник электромагнитного расцепителя;

8 — механизм расцепителя;

9 — рукоятка управления;

10 — гибкий проводник;

11 — биметаллическая пластина теплового расцепителя;

12 — регулировочный винт теплового расцепителя;

13 — дугогасительная камера;

14 — отверстие для отвода газов;

15 — защелка фиксатора.

Поднимая рукоятку управления вверх, автоматический выключатель подключается к защищаемой цепи, опустив рукоятку вниз — отключатся от нее .

Тепловой расцепитель, представляет собой биметаллическую пластину, которая нагревается проходящим через нее током, и если ток превышает заданное значение, пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепителя, отключая таким образом автоматический выключатель от защищаемой цепи.

Электромагнитный расцепитель — это соленоид, т.е. катушка с намотанной проволокой, а внутри сердечник с пружиной. При возникновении короткого замыкания ток в цепи очень быстро нарастает, в обмотке катушки электромагнитного расцепителя наводится магнитный поток, под воздействием наведенного магнитного потока перемещается сердечник, и, преодолевая усилие пружины, воздействует на механизм и отключает автомат.

Как работает автоматический выключатель?

В обычном (неаварийном) режиме работы автоматического выключателя, когда рычаг управления взведен, электрический ток подается к автомату через питающий провод, подключенный к верхней клемме, далее ток проходит на неподвижный контакт, через него на подключенный к нему подвижный контакт, далее через гибкий проводник подается на катушку соленоида, после катушки по гибкому проводнику на биметаллическую пластину теплового расцепителя, от него на нижнюю винтовую клемму и далее в цепь подключенной нагрузки.

На рисунке показан автомат во включенном состоянии: рычаг управления поднят вверх, подвижный и неподвижный соединены.

Перегрузка возникает, когда ток в цепи, контролируемой автоматическим выключателем, начинает превышать номинальный ток автомата. Биметаллическая пластина теплового расцепителя начинает нагреваться проходящим через нее повышенным электрическим током, изгибается, и, если ток в цепи не уменьшается, пластина воздействует на механизм расцепления, и автоматический выключатель отключается, размыкая защищаемую цепь.

Читайте также:  Электрозащитные средства в электроустановках до 1000 В

Для нагрева и изгибания биметаллической пластины требуется некоторое время. Время срабатывания зависит от величины проходящего через пластину тока, чем больше ток, тем меньше время срабатывания и может быть от нескольких секунд до часа. Минимальный ток срабатывания теплового расцепителя составляет 1,13-1,45 от номинального тока автомата (т.е. тепловой расцепитель начинает срабатывать при превышении номинального тока на 13-45%).

Автоматический выключатель — это устройство аналоговое, этим объясняется такой разброс параметров. Существуют технические сложности при его точной настройке. Ток срабатывания теплового расцепителя устанавливается на заводе регулировочным винтом 12. После того, как остынет биметаллическая пластина, автоматический выключатель готов к дальнейшему использованию.

Температура биметаллической пластины зависит от температуры окружающей среды: если автоматический выключатель установлен в помещении с высокой температурой воздуха, то тепловой расцепитель может сработать при меньшем токе, соответственно при низких температурах ток срабатывания теплового расцепителя может быть выше допустимого. Подробно этот вопрос смотрите в статье Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?

Тепловой расцепитель срабатывает не сразу, а через какое-то время, давая возможность току перегрузки вернуться к своему нормальному значению. Если же в течение этого времени ток не снижается, тепловой расцепитель срабатывает, защищая цепь потребителей от перегрева, оплавления изоляции и возможного возгорания проводки.

К перегрузке может приводить подключение в линию мощных приборов, превышающих расчетную мощность защищаемой цепи. Например, при включении в линию очень мощного нагревателя или электроплиты с духовкой (с мощностью, превышающей расчетную мощность линии), или одновременно несколько мощных потребителей (электроплита, кондиционер, стиральная машина, бойлер, электрочайник и т.п.), либо большого количества одновременно включенных приборов.

При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает, наводимое в катушке по закону электромагнитной индукции магнитное поле перемещает сердечник соленоида, который приводит в действие механизм расцепителя и размыкает силовые контакты автоматического выключателя (т.е. подвижный и неподвижный контакты). Линия размыкается, позволяя снять с аварийной цепи питание и защитить от возгорания и разрушения сам автомат, электропроводку и замкнувший электроприбор.

Электромагнитный расцепитель срабатывает практически мгновенно (около 0,02с), в отличие от теплового, но при значительно больших значениях тока (от 3-х и более значений номинального тока), поэтому электропроводка не успевает нагреться до температуры плавления изоляции.

При размыкании контактов цепи, когда в ней проходит электрический ток, возникает электрическая дуга, и чем больше ток в цепи — тем дуга мощнее. Электрическая дуга вызывает эррозию и разрушение контактов. Чтобы защитить контакты автоматического выключателя от ее разрушающего действия, дуга, возникающая в момент размыкания контактов, направляется в дугогасительную камеру (состоящую из параллельных пластин), где она дробится, затухает, охлаждается и исчезает. При горении дуги образуются газы, они отводятся наружу из корпуса автомата через специальное отверстие.

Автомат не рекомендуется использовать в качестве обычного выключателя цепи, особенно если его отключать при подключенной мощной нагрузке (т.е. при больших токах в цепи), поскольку это ускорит разрушение и эррозию контактов.

Итак, давайте резюмируем:

— автоматический выключатель позволяет коммутировать цепь (переводя рычаг управления вверх – автомат подключается к цепи; переводя рычаг вниз – автомат отключает питающую линию от цепи нагрузки);

— имеет встроенный тепловой расцепитель, который защищает линию нагрузки от токов перегрузки, он инерционен и срабатывает через некоторое время;

— имеет встроенный электромагнитный расцепитель, защищающий линию нагрузки от больших токов короткого замыкания и срабатывает почти мгновенно;

— содержит дугогасящую камеру, которая защищает силовые контакты от разрушительного действия электромагнитной дуги.

Конструкцию, назначение и принцип действия мы разобрали.

В следующей статье мы рассмотрим основные характеристики автоматического выключателя, которые необходимо знать при его выборе.

Смотрите Конструкция и принцип работы автоматического выключателя в видеоформате:

Полезные статьи по теме:

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:

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.

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.

Читайте также:  Какими огнетушителями тушат электроустановки и электрооборудование

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:

— 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.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Для электромонтёра коммутационная аппаратура является одним из основных устройств, с которыми приходится работать. Автоматические выключатели несут как коммутационную, так и защитную роль. Ни один современный электрощит не обходится без автоматов. В этой статье мы рассмотрим, как устроен и работает автоматический выключатель.

Определение

Автоматический выключатель – это коммутационный прибор, предназначенный для защиты кабелей от критических значений токов. Это нужно для того, чтобы избежать повреждений токопроводящих жил проводов и кабелей в случае межфазных замыканий и замыканий на землю.

Важно: Основная задача автоматического выключателя – защитить кабельную линию от последствий протекания токов короткого замыкания.

Основными характеристиками автоматических выключателей являются:

Номинальный ток (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);

Время токовая характеристика.

Наибольшее распространение автоматы получили в бытовых и промышленных электросетях с напряжением 220/380 вольт. Напряжения приведены для отечественных электросетей. За рубежом они могут отличаться. В высоковольтных линиях используются релейные схемы и трансформаторы тока. Время-токовая характеристика отражает, через какой промежуток времени и при какой величине тока относительно номинального произойдет размыкание его контактов. Пример её изображен на рисунке ниже:

Принцип работы

Автоматический выключатель (АВ) – это коммутационный аппарат, который содержит два вида защиты:

Каждый из них выполняет одну и ту же работу – размыкание силовых контактов, но при разных условиях. Рассмотрим их подробнее.

При протекании токов через автомат ниже номинального его контакты будут замкнуты бесконечно долго. Но при незначительном превышении тока тепловой расцепитель, представленный биметаллической пластиной, разомкнет их.

Чем больше ток, протекающий через контакты автоматичсекого выключателя, тем быстрее произойдет нагрев биметаллической пластины – это описывается во время токовой характеристике и обозначается быстродействием автомата (буква около номинального тока в маркировке). В зависимости от того насколько перегружен по току автомат зависит время его отключения, это могут быть и десятки минут, а могут быть и единицы секунд.

Электромагнитный расцепитель срабатывает при быстром росте тока. Величина тока его срабатывания на порядки превышает номинальный ток.

Отсюда возникает вопрос: “Так зачем же автомату две защиты, если можно просто сконструировать его так, чтобы он выключался сразу при превышении номинального тока?”

Ответа на этот вопрос два:

1. Наличие двух защит увеличивает надежность системы в целом.

2. При подключении к автоматическому выключателю устройств ток, у которых изменяется в процессе пуска и работы, чтобы не происходило ложных срабатываний. Например, у электродвигателей пусковой ток может в десятки раз превышать номинальный, а также при их работе могут возникать кратковременные перегрузки на валу (допустим, токарный станок). Тогда при затяжном пуске будет также выбивать автомат.

Устройство

Автоматический выключатель состоит из:

Корпуса (на рисунке – 6).

Клемм для подключения токопроводящих жил (на рисунке – 2).

Силовых контактов (на рисунке – 3, 4).

Дугогасительной камеры (на рисунке – 8).

Рычагов соединенных с кнопками или флажками для его включения и отключения (замыкания и размыкания контактов) (на рисунке – 1 и то, с чем он соединен).

Теплового разъединителя (на рисунке – 5).

Электромагнитного разъединителя (на рисунке – 7).

Цифрой 9 обозначена защелка для крепления на дин-рейку.

К клеммам (обычно верхним, на практике не имеет особого значения) подключается питания, к клеммам на противоположной стороне подключается нагрузка. Ток проходит через силовые контакты, катушку электромагнитного разъединителя, тепловой разъединитель.

Электромагнитная защита выполнена в виде катушки из медного провода, она намотана на каркасе, внутри которого расположен подвижный сердечник. Катушке содержит от нескольких единиц до пары десятков витков, в зависимости от её номинального тока. При этом, чем меньше номинальный ток, тем больше витков и меньше сечение провода катушки.

При протекании тока через катушку вокруг неё образуется магнитное поле, которое воздействует на подвижный сердечник внутри. В результате чего он выдвигается и толкает рычаг, в результате чего силовые контакты размыкаются. Если смотреть на рисунке – то рычаг находится ниже катушки, и когда её сердечник опускается – механизм приводится в действие.

Тепловая защита нужна для длительных превышений тока. Она представляет собой биметаллическую пластину, которая при нагреве изгибается в одну из сторон. При достижении критического состояния она толкает рычаг, и контакты разъединяются. Дугогасительная камера нужна для гашения дуги, которая возникает вследствие размыкания цепи под нагрузкой.

Процесс дугообразования зависит от характера нагрузки и её величины. При этом при отключении индуктивной нагрузки (электродвигатель) возникают более сильные дуги, чем при коммутации активной нагрузки. Газы, образовавшиеся в результате её горения, отводятся через специальный канал. Это в разы повышает срок службы силовых контактов.

Дугогасительная камера состоит из набора металлических пластин и диэлектрических крышек. Заключение Раньше автоматические выключатели ремонтировали, и можно было собрать из нескольких один нормально функционирующий. Была возможность отрегулировать и заменить силовые контакты и другие его узлы.

В настоящее время автоматы заключены в неразборный литой или собранный с помощью заклепок корпус. Их ремонт нецелесообразен, сложен и займет много времени. Поэтому автоматы просто заменяют новыми.

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели – это устройства, которые предназначаются для защитного отключения цепей постоянного и переменного тока в случаях короткого замыкания, токовой перегрузки, снижения напряжения или его исчезновения. В отличии от плавких предохранителей автоматические выключатели имеют более точный ток отключения, могут многократно использоваться, а также при трехфазном исполнении при срабатывании предохранителя какая – то из фаз (одна либо две) могут остаться под напряжением, что является тоже аварийным режимом работы (особенно при питании трехфазных электродвигателей).

Автоматические выключатели классифицируют по выполняемым функциям, таким как:

  • Автоматы минимального и максимального тока;
  • Автоматы минимального напряжения;
  • Обратной мощности;

Принцип действия автоматического выключателя

Мы рассмотрим принцип действия автоматического выключателя на примере автомата максимального тока. Его схема показана ниже:

Где: 1 – электромагнит, 2 – якорь, 3, 7 – пружины, 4 – ось, по которой движется якорь, 5 – защелка, 6 – рычаг, 8 – силовой контакт.

При протекании номинального тока система работает нормально. Как только ток превысит допустимое значение уставки, последовательно включенный в цепь электромагнит 1, преодолеет усилие сдерживающей пружины 3 и втянет якорь 2, и провернувшись через ось 4 защелка 5 освободит рычаг 6. Тогда отключающая пружина 7 разомкнет силовые контакты 8. Такой автомат включается вручную.

В настоящее время созданы автоматы, которые имеют время отключения от 0,02 – 0,007 с на токи отключения 3000 – 5000 А.

Конструкции автоматических выключателей

Существует довольно много различных конструкций автоматических выключателей как цепей переменного, так и цепей постоянного тока. В последнее время очень широкое распространение получили автоматы малогабаритные, которые предназначаются для защиты от КЗ и токовых перегрузок сетей бытовых и производственных в установках на токи до 50 А и напряжением до 380 В.

Главным защитным средством в таких выключателях являются биметаллические или электромагнитные элементы, срабатывающие с определенной выдержкой времени при нагревании. Автоматы, в которых присутствует электромагнит, обладают довольно большим быстродействием, и этот фактор очень важен при коротких замыканиях.

Ниже показан пробочный автомат на ток 6 А и напряжением не превышающим 250 В:

Где: 1 – электромагнит, 2 –пластина биметаллическая, 3, 4 – кнопки включения и выключения соответственно, 5 – расцепитель.

Биметаллическую пластину, как и электромагнит, включают в цепь последовательно. Если через автоматический выключатель протекает ток выше номинального, пластина начинает нагреваться. При длительном протекании превышающего тока пластина 2 деформируется в следствии нагрева, и воздействует на механизм расцепителя 5. При возникновении в цепи короткого замыкания электромагнит 1, мгновенно втянет сердечник и этим тоже воздействует на расцепитель, который разомкнет цепь. Также данный тип автомата отключается вручную путем нажатия кнопки 4, а включение только ручное путем нажатия кнопки 3. Механизм расцепления выполняется в виде ломающегося рычага или защелки. Принципиальная электрическая схема автомата показана ниже:

Где: 1 – электромагнит, 2 – биметаллическая пластина.

Принцип действия трехфазных автоматических выключателей практически ничем не отличается от однофазных. Трехфазные выключатели снабжаются специальными дугогасительными камерами или катушками, в зависимости от мощности устройств.

Ниже приведено видео подробно описывающее работу автоматического выключателя:


Ссылка на основную публикацию