Принцип работы автоматического выключателя
Принцип действия автоматического выключателя довольно прост. В штатном режиме, когда работа всего электрооборудования и электропроводки протекает нормально, автомат пропускает через себя электрический ток. В случае же аварийной ситуации, когда ток превышает номинальные значения, срабатывает автоматический выключатель и размыкает цепь.
Протекание тока через автомат происходит следующим образом — напряжение подается на верхнюю клемму автоматического выключателя, соединенную с неподвижным контактом. С неподвижного контакта ток проходит на 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.
Хотя в большинстве современных автоматических выключателях не важно, на какую клемму ( верхнюю или нижнюю) заводить питающий провод. Об этом говорят и сами производители
Характеристики чувствительности к перегрузкам
Для начала нужно обратить внимание на основные характеристики срабатывания:
- Характеристика А – для электропроводки с особо чувствительным оборудованием. Расчет на мгновенную реакцию автомата на перегрузку
- Характеристика В – для защиты электропроводки (розетки и освещение) от нагрузки в жилых домах. Небольшая задержка в срабатывании автомата при увеличении силы тока в 3-5 раз от номинального значения
- Характеристика С – для защиты электропроводки от нагрузки в жилых домах и для сетей с большим пусковым током. Наиболее распространенная характеристика. Автомат не реагирует на небольшие скачки напряжения, а срабатывает только при серьезных перегрузках – увеличении силы тока в 5-10 раз от номинального значения
- Характеристика D – для защиты электропроводки от нагрузки с большим пусковым током. Устанавливают на вводе для контроля электрической сети всего здания. Отключает сеть при увеличении тока в 10-50 раз от номинального значения
Выбор автоматического выключателя. ВТХ.
Прежде всего существуют различные время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей. Подробно мы их разобрали в одной из наших прошлых статей, кому интересно, советуем обязательно ознакомиться, — тут.
Время токовые характеристики автоматических выключателей B C D.
Если рассмотреть вопрос более обобщённо, то можно выделить, несколько основных характеристик: B, С, D. В свою очередь, данные характеристики определяют при какой величине тока, автомат отключится мгновенно. Параметры отключения для характеристик B, С, D:
- B — от 3 до 5 ×In;
- C — от 5 до 10 ×In;
- D — от 10 до 20 ×In.
In — это номинальный ток автоматического выключателя. То есть мы берём номинальный ток автомата, например 16А и получаем следующие данные:
- Автоматический выключатель с характеристикой B16 отключится мгновенно при величине тока от 48 до 80 А;
- Автомат с характеристикой С16 отключится мгновенно при токе от 80 до 160 А;
- Автомат с характеристикой D16 отключится мгновенно при токе от 160 до 320 А.
Стоит отметить, что автоматические устройства с характеристикой D используются в основном в промышленности. Например, в бытовых сетях используются в основном устройства с характеристикой B и С.
Автоматы с характеристикой С используются для обеспечения защиты групповых линий и отдельных устройств с большим пусковым током. Автоматы с характеристикой B в основном используются для реализации защиты линий освещения и устройств с низким пусковым током.
Селективность автоматических выключателей.
Несомненно, при выборе устройства автоматического отключения важно уделить внимание такому параметру, как селективность. Под селективностью подразумевается такое техническое решение, при котором в случае неисправности отключается непосредственно неисправная линия, а не к примеру групповая линия. Как правило, селективность реализуется двумя способами:
Как правило, селективность реализуется двумя способами:
- Выбор номинального тока автоматического выключателя;
- выбор характеристики автоматического выключателя;
Характеристики автоматических выключателей.
Для групповых линий следует выбирать автоматы с характеристикой С и с большим номинальным током (расчётным током в групповой линии). Для питающей линии одной нагрузки следует выбирать автоматы с характеристиками B и С, при этом если нагрузка имеет низкий пусковой ток, то следует выбрать устройство с характеристикой B.
Выбор автоматического выключателя. Полюсы автоматов.
Как известно, в зависимости от напряжения в сети, для защиты устройств и питающих кабелей могут использоваться следующие автоматические выключатели:
Для сети 230 В:
- Однополюсные;
- двухполюсные.
Для сети 400 В (380В):
- Трёхполюсные;
- четырёхполюсные.
Выбор автоматических выключателей по количеству полюсов.
С одной стороны, однополюсные и трёхполюсные автоматы коммутируют фазные проводники. С другой стороны, двухполюсные и четырёхполюсные автоматические выключатели помимо фазных проводников, коммутируют также и нулевые проводники.
Выбор автоматического выключателя. Производители автоматов.
Выбор автоматического выключателя по производителю.
Бесспорно, многие задаются вопросом, какой марки автоматический выключатель выбрать? Во-первых, следует определится с сегментном и имеющимся бюджетом. К примеру, ведущими игроками в премиум сегменте являются следующие производители:
- ABB — устройства шведско-швейцарской компании. Как известно, на текущий момент являются лидером по качеству, надёжности и соответственно по дороговизне автоматических устройств;
- Legrand (Франция) — устройства во многом схожи с ABB по качеству и цене, — надёжные автоматические выключатели;
- Schneider Electric (Франция) — отличные устройства, которые хорошо себя зарекомендовали на рынке стран СНГ.
А вот автоматические выключатели среднего ценового сегмента:
- Moeller (Eaton) — немецкий бренд. Безусловно, качественные автоматические выключатели по приемлемой стоимости;
- Siemens — немецкий бренд. Выпускает также качественную автоматику, которая немногим уступает ABB, Legrand и Schneider Electric.
В частности, автоматы бюджетного сегмента представлены в большом количестве, в эту категорию попадает много устройств от китайских производителей. Одним словом, можно выделить несколько «более или менее» вменяемых брендов: КЭАЗ, DEKraft , IEK. Однако, мы бы Вам рекомендовали использовать автоматические выключатели из премиум сегмента или среднего ценового сегмента.
- Мы в TELEGRAM;
- Мы в Instagram;
- Мы на YouTube;
Устройство защиты
Защита от перегрузки по току, или тепловая
Принцип ее действия основан на свойстве линейного расширения металлов при нагревании.
Чувствительным элементом является биметаллическая пластинка, изготовленная из материалов с различными коэффициентами теплового расширения.
При прохождении тока она нагревается и изгибается.
Когда ток превышает определенную величину, пластина нажимает на защелку механического расцепителя контактной группы.
При превышении допустимого значения тока в течение определенного времени электроника подает управляющий импульс на соленоид электромагнитного расцепителя,
Его сердечник ударяет по расцепителю, вызывая размыкание силовых контактов.
Время срабатывания защиты по перегрузке обратно пропорционально величине тока.
Например, для автомата ВА – 21, при двукратной перегрузке время срабатывания защиты 60 секунд, а при восьмикратной – 0,12 секунды.
Максимальная защита мгновенного действия
Это защита от токов короткого замыкания.
Чувствительным элементом ее является соленоид с сердечником, по катушке которого протекает рабочий ток. При достижении величины тока отсечки, сердечник производит удар по защелке расцепителя, в результате чего происходит отключение автомата.
Большинство применяемых автоматов имеют три вида отсечек: В, С и D.
Выключатели класса B срабатывают без выдержки времени, если ток нагрузки превысит (3…5)Iн, для класса C это значение лежит в пределах (5…10)Iн, для D – (10…14)Iн.
Для линий с постоянной нагрузкой обычно устанавливают выключатели с отсечкой типа B.
Если нагрузка имеет небольшую кратность пусковых токов (лампы накаливания, маломощные электродвигатели, блоки питания и т.д), то применяется отсечка типа C.
Автоматы типа D устанавливается в цепях защиты линий, питающих нагрузку с большими пусковыми токами – мощными однофазными трансформаторами, асинхронными электродвигателями с тяжелыми условиями пуска, емкостными фильтрами и т.д.
Нулевая защита
При снижении напряжения в линии до 10 – 35% от номинального, срабатывают минимальные расцепители, отключающие выключатель.
Повторное включение может быть произведено только оператором при условии, что напряжение восстановилось до уровня не менее 85% от номинального.
Такие выключатели устанавливаются для защиты технологических установок, самопроизвольное включение которых представляет опасность для персонала или может привести к производственным авариям.
Например. электропривод конвейеров углеподачи на электростанциях, горнорудные мельницы и т.д.
Функции защитных устройств электродвигателей
Современные защитные устройства, или другими словами, автоматы защиты электродвигателя, (мотор автоматы), часто совмещаются в одном корпусе с коммутационными аппаратами запуска (пускателями) и выполняют такие функции:
- Защита от тока короткого замыкания в цепи питания или внутри электродвигателя;
- Защита от длительных перегрузок, связанных с превышением механической нагрузки на валу двигателя;
-
Предохранение от асимметрии (дисбаланса) фаз, или обрыва фазного провода;
- Тепловая защита от перегрева двигателя, осуществляемая при помощи дополнительных термодатчиков, установленных на кожухе или внутри электродвигателя;
- Предохранение от некачественного напряжения;
- Обеспечение выдержки времени для охлаждения двигателя после его аварийной остановки после перегрева;
- Индикация режимов работы и аварийных состояний;
- Опционально – отключение при исчезновении нагрузки на валу (например, для водяных насосов);
- Совместимость с автоматическими системами контроля и управления.
Мотор автомат с ручной настройкой и автоматическим управлением
Ранее и до недавнего времени наиболее используемой схемой защиты электродвигателей было подключение в корпусе пускателя теплового реле, последовательно с контактором. Биметаллическая пластина теплового реле при длительной перегрузке нагревается и прерывает цепь самоподхвата контактора. Кратковременное превышение номинальной нагрузки при запуске мотора является недостаточным для нагрева и срабатывания биметаллической пластины. Более подробно о тепловом реле и его подключении можно прочитать в соответствующем разделе данного ресурса.
Контактор электромотора с тепловым реле
Подбор автоматического выключателя
Поскольку первые две функции могут осуществляться обычными автоматическими выключателями, многие пользователи применяют их для защиты своих электродвигателей. Основным недостатком такого способа является отсутствие защиты от дисбаланса, обрыва фаз и скачков напряжения. Выбор защитного автомата осуществляется по его время токовой характеристике и по максимальному пусковому току электродвигателя.
Трехфазный автоматический выключатель
Чтобы правильно подобрать автоматический выключатель по категории и номинальному току, нужно изучить его время токовую характеристику, о которой подробно рассказывается на одной из страниц данного сайта. Категории автоматов (А, B, C, D) определяются соотношением тока отсечки электромагнитного расцепителя к номинальному значению. Нужно иметь в виду, что время токовая характеристика категории не зависит от номинала автоматического выключателя.
Времятоковая характеристика автоматических выключателей категории «C»
Для предотвращения ложного срабатывания автоматического выключателя при запуске электромотора необходимо, чтобы кратковременный пусковой ток (Iпуск) не превышал значение отсечки (мгновенного срабатывания, Iмгн.ср) автомата. Отношение пускового (Iпуск) и номинального тока (In) можно узнать из бирки или паспорта электродвигателя, максимальное значение Iпуск/ In=7.
Бирка двигателя с указанием мощности
Практические расчеты
На практике применяют поправочный коэффициент надежности Kн, который для автоматов с Inn>100A принимают Kн=1,25. Поэтому должно соблюдаться условие Iмгн.ср ≥ Kн * Iпуск. Вначале автомат выбирают, исходя из наиболее близкого значения номинального тока автоматического выключателя IAB (указывается на корпусе) к рабочему току двигателя (In). Необходимое условие: IAB > In/Кт, где Кт = 0,85 – температурный коэффициент, если автомат устанавливается в шкафу или щитке, иначе Кт=1.
Например, имеется двигатель мощностью 5,5 кВт, η = 85%=0,85; cosφ = 0,8; Iпуск/ In = 7. Вначале нужно рассчитать In = Рn/(Un*√3*η*cosφ) = 5500/(380*√3*0,85*0,8) = 12,28 (А). Допустим, автомат устанавливается в шкаф, Кт = 0,85, значит In/Кт = 12,28/0,85 = 14,44 (А). Наиболее близким является автоматический выключатель на 16А, категории С, (ток мгновенного срабатывания в десять раз превышает номинальное значение).
При расчетах понадобится калькулятор
Теперь нужно проверить условие Iмгн.ср ≥ Kн * Iпуск. Мгновенное срабатывание защитного автомата наступает при Iмгн.ср = 16*10 = 160 (A), пусковой ток Iпуск= In*7 = 12,28*7 = 85,96 (А). Умножаем на Kн (1,4) — 85,96*1,4 = 120,3 (А). Проверяем условие 160 ≥ 120,3 — это значит, что автомат выбран верно. Для упрощенных расчетов, можно принимать номинальный ток двигателя, равным удвоению его мощности, выраженной в киловаттах.
Выбираем степень защиты от токов КЗ (ток отсечки)
Вторая функция защитного автоматического выключателя — отключать питание при появлении сверх токов, которые возникают при коротком замыкании (КЗ). Автоматы защиты рассчитаны на разные величины этих токов, а характеристика, которая ее отображает — отключающая способность или ток отсечки. Она показывает, при каком токе КЗ автомат все еще останется в рабочем состоянии. Дело в том, что срабатывает пакетник не моментально, ведь существует задержка срабатывания для игнорирования пусковых перегрузок. Во время этой задержки контакты могут оплавиться и устройство окажется неработоспособным. Так вот, ток отсечки или отключающая способность показывает, какой ток могут вынести контакты без ущерба работоспособности.
Ток отсечки или отключающая способность прописывается в прямоугольнике
Как выбрать автомат защиты в этом случае? Выбор зависит от местоположения сети относительно подстанции. Если дом или квартира находятся недалеко, токи КЗ могут быть очень большими, потому отключающая способность должна быть не ниже 10000 А. Если домовладение находится в сельской местности, сети там старые и/или подача происходит по воздушной сети, достаточно автомата с отключающей способностью 4500 А. Во всех остальных случаях ставят на 6000 А.
Выбор автоматического выключателя по току
Почему автоматические выключатели необходимо выбрать по току. Это тот основной параметр, который напрямую влияет на безопасность кабельной линии. А автоматический выключатель создан только для того, чтобы защитить именно кабель от его разрушения.
Мы с вами понимаем, что при превышении в цепи силы тока, на которую рассчитан по сечению кабель: он будет нагреваться. Чем чаше и сильнее это будет происходить, тем быстрее разрушится его изоляция. Нам этого точно ненужно.
Итак, первая характеристика:
#1 — Номинальный ток
Основная характеристика по какой необходимо выбирать автоматический выключатель — номинальный ток.
Что означает ток номинальный? При номинальном токе автомат может бесконечно долго работать без отключения. Это его штатный режим работы.
Для защиты кабеля дома от перегрузки автоматический выключатель имеет в своей конструкции электромагнитный и тепловой расцепитель. От того как они сработают отвечают время токовые характеристики:
#2 — Что означают время токовые характеристики автоматических выключателей?
Электромагнитный расцепитель срабатывает, когда номинальный ток превышен в несколько раз и отключает цепь практически моментально.
Электромагнитный расцепитель — это по своей сути электромагнит, который притянет рычаг автоматического выключателя при прохождении через него очень большого тока и защитит кабель от короткого замыкания.
А, что произойдет если ток превышен, но ненамного?
В этом случае сработает тепловой расцепитель. При повышении силы тока будет происходить нагрев, чем больше будет превышен ток тем быстрее сработает тепловой расцепитель.
Защита человека – превыше всего!
В заключение, скажем о ещё одном устройстве, которое должно стать головным защитным прибором в Вашем щитке. В статье мы рассмотрели аспекты защиты сети и приборов, теперь поговорим, как защитить человека. Для этого используется так называемый выключатель автоматический дифференциального тока, назначение которого кроме отслеживания токов, контролировать «утечки» и нештатные изменения в сети. Проще говоря, данный тип автомата распознаёт, что в сети происходит несанкционированное изменений характеристик, попадающих в разряд «повреждение изоляции», «возможное прикосновение человека к проводам под напряжением» и т.д.
Такое обнаружение приводит к мгновенному обесточиванию участка сети. Иногда автоматические выключатели дифференциального тока называют УЗО (Устройство защитного отключения), МДЗ (Модуль дифференцированной защиты). Они могут быть использованы в комбинации с другими автоматами. Главное отличие этого автомата в том, что он работает на защиту человека от поражения электрическим током. Наиболее актуальны такие устройства для подключения санузлов и ванн (желательно с максимальной чувствительностью) и кухонь. Но сегодня многие предпочитают ставить такие выключатели на все участки сети в квартире.
Мы надеемся, что данная статья будет Вам полезна при выборе УЗО и,как следствие, Ваша электросеть, электрические приборы будут надёжно защищены.
Подключение максимальной токовой защиты
Схемы схемами, но в конце концов нужно брать отвертку и присоединять провода к электрощитку. Начнем с удаления изоляции с конца провода. Удаленная изоляция должна быть достаточной длины. Слишком короткая изоляция — это, во-первых, меньшая контактная поверхность выключателя с кабелем, а во-вторых, риск завинчивания крепления на изоляцию, вместо оголенного провода. Правильная длина кончика: 10-15 мм.
Во-вторых, нужно вставить провод куда следует. Кабель должен находиться между подвижным зажимом и верхней частью отверстия. Проблема при всей своей простоте может быть реальной. Чаще всего смотрят на переключатель спереди, поэтому не могут видеть клеммы-терминалы и нетрудно сделать ошибку.
Клеммы с обеих сторон выключателя функционируют одинаково. Подключение двух проводов к автоматическому выключателю возможно при условии, что оба провода имеют одинаковое поперечное сечение. Попытка подключения проводов с различными поперечными сечениями не рекомендуется.
Более тонкий провод во время работы может выскочить из крепления. На приведенных выше рисунках подключены два провода: коричневый 2,5 мм2 и черный 1,5 мм2.
Подбор номинала автоматического выключателя по току и мощности нагрузки
Для выбора подходящего автомата удобно рассчитать силу тока на один киловатт мощности нагрузки и составить соответствующую таблицу. Применив формулу (2) и коэффициент мощности 0.95 для напряжения 220 В, получим:
1000 Вт / (220 В х 0,95) = 4,78 А
Учитывая, что напряжение в наших электросетях нередко не дотягивает до положенных 220 В, вполне корректно принять значение 5 А на 1 кВт мощности. Тогда таблица зависимости силы тока от нагрузки будет выглядеть в таблице 1, следующим образом:
| Мощность, кВт | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
| Сила тока, А | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
Данная таблица даёт приблизительную оценку силы переменного тока, протекающего по однофазной электрической сети при включении бытовых электроприборов. При этом следует помнить, что имеется в виду пиковая потребляемая мощность, а не средняя. Эту информацию можно найти в документации, прилагаемой к электротехническому изделию. На практике удобней пользоваться таблицей предельных нагрузок, учитывающей тот факт, что автоматы выпускаются с определённым номиналом по силе тока (таблица 2):
| Схема подключения | Номиналы автоматов по току | |||||||
| 10 А | 16 А | 20 А | 25 А | 32 А | 40 А | 50 А | 63 А | |
| Однофазная, 220 В | 2,2 кВт | 3,5 кВт | 4,4 кВт | 5,5 кВт | 7,0 кВт | 8,8 кВт | 11 кВт | 14 кВт |
| Трёхфазная, 380 В | 6,6 кВт | 10,6 | 13,2 | 16,5 | 21,0 | 26,4 | 33,1 | 41,6 |
Например, если нужно узнать, на сколько ампер нужен автомат под мощность 15 кВт при трёхфазном токе, то ищем в таблице ближайшее большее значение – оно составляет 16,5 кВт, что соответствует автомату на 25 ампер.
В реальности существуют ограничения по выделяемой мощности. В частности, в современных городских многоквартирных домах с электроплитой выделенная мощность составляет от 10 до 12 киловатт, а на входе ставится автомат на 50 А. Эту мощность разумно разбить на группы с учётом того, что самые энергоёмкие приборы концентрируются на кухне и в ванной комнате. На каждую группу ставится свой автомат, что позволяет исключить полное обесточивание квартиры в случае возникновения перегрузки на одной из линий.
В частности, под электроплиту (или варочную панель) целесообразно сделать отдельный ввод и установить автомат на 32 или 40 ампер (в зависимости от мощности плиты и духовки), а также силовую розетку с соответствующим номинальным током. Других потребителей подключать к этой группе не стоит. Отдельная линия должна быть и у стиральной машины, и у кондиционера – для них будет достаточно автомата на 25 А.
На вопрос о том, сколько розеток можно подключить на один автомат, можно ответить одной фразой: сколько угодно. Сами по себе розетки не потребляют электроэнергию, то есть не создают нагрузку на сеть. Нужно лишь позаботиться о том, чтобы суммарная мощность одновременно включаемых электроприборов соответствовала сечению провода и мощности автомата, о чём будет сказано ниже.
Для частного дома или коттеджа вводной автомат подбирается в зависимости от выделенной мощности. Далеко не всем хозяевам удаётся получить желаемое количество киловатт, особенно в регионах с ограниченными возможностями электросетей. Но в любом случае, как и для городских квартир, сохраняется принцип разделения потребителей на отдельные группы.
Вводной автомат для частного дома
Сигнальные элементы
У обычного автоматического выключателя существует всего два положения:
включено
отключено
У некоторых моделей присутствует третье — аварийное отключение. Те кто плотно работает с промышленными моделями ВА, АЕ и другими, рассчитанными на большие токи, с этим знаком не понаслышке.
Язычок автомата заняв среднее промежуточное положение, как бы сам демонстрирует каким образом он был отключен. То есть, отключился он аварийно из-за короткого замыкания или перегрузки, либо был отключен вручную каким-то человеком.
В отдельных марках модульных моделей, это можно увидеть и определить по глазку, который окрашивается в тот или иной цвет, в зависимости от срабатывания.
Эта функция очень удобна, когда вы или кто-то другой, обслуживает большое количество щитовых не в одиночку, а с напарниками. Для щитка в квартире, данную опцию можно считать излишней.
А вот для РЩ-0,4кв в подъезде, она не помешает.
Еще один цветной «глазок», который может присутствовать в автомате, расположен в подвижной части отключающего рычажка.
Заметьте, что это не просто надпись ON или OFF, которая показывает включен аппарат или выключен. Это цветной сигнальный элемент демонстрирующий реальное положение контактов. Замкнуты они или разомкнуты.
Если автомат выключен и его «язычок» находится внизу, то полосочка зеленая. Это говорит о том, что контакты действительно разорвались.
В том случае, если сигнальный элемент не поменял свой цвет, значит контакты на самом деле не разошлись (прикипели, сварились и т.д.).
Такое хоть и редко, но тоже встречается.
Выбор автомата по мощности (току) нагрузки
Хотя основное назначение автомата — это защита электропроводки, при определенных условиях целесообразно рассчитывать автомат по току нагрузки. Это возможно в тех случаях, когда отходящая от автомата линия предназначена для питания одного конкретного электроприбора. В бытовых сетях это может быть электроплита или кондиционер, какой-либо станок, электрокотел и т.д. Как правило, нам известен номинальный ток электроприбора, либо мы можем вычислить его, зная мощность нагрузки. Так как проводка выбирается с определенным запасом, то в данном случае номинал автомата обычно меньше того, который мы бы получили, рассчитывая по допустимому току провода. Поэтому при каких-либо замыканиях внутри электроприбора или его перегрузках наша защита сработает, защитив его от дальнейшего разрушения.
Источник: