Во всех электрических сетях используется большое количество приборов, основной функцией которых является защита линий и оборудования от токовых перегрузок и коротких замыканий. Среди них широкое распространение получил автомат защиты сети, выполняющий не только защиту, но и коммутацию цепей. Таким образом, автоматические выключатели обеспечивают включение и выключение конкретных участков, защищают их от токовых перегрузок путем отключения защищаемых цепей при возникновении аварийных ситуаций.

Типы электрических автоматов

Автоматические выключатели широко используются в системах электроснабжения, обеспечивая надежную защиту электрическим цепям и сетям, бытовым приборам и электрооборудованию. Их основной задачей является обесточивание цепи в нужный момент путем отключения подачи электрического тока. Срабатывание автомата защиты происходит при коротких замыканиях, а также при нагреве проводов из-за перегрузок в сети.

Автоматы защиты сети могут работать в цепях постоянного и переменного тока, а универсальные конструкции способны работать при наличии в сети любого электрического тока. В соответствии с конструкцией, они разделяются на три типа, которые служат основой для других разновидностей автоматических выключателей:

• Воздушные автоматы. Используются в промышленном производстве, где токи в цепях могут достигать нескольких тысяч ампер.
• Автоматы в литом корпусе. Отличаются широким рабочим диапазоном, составляющим от 16 до 1000 А.
• Модульные автоматы. Именно они широко используются в квартирах и частных домах. Их название связано со стандартной шириной, составляющей кратность в 17,5 мм, в зависимости от количества полюсов. То есть, в одном блоке может использоваться сразу несколько выключателей.

Все автоматы защиты разделяются в соответствии с показателями номинального тока и напряжения, поскольку большинство защитных устройств устанавливаются в сетях 220 или 380В.

Автоматические выключатели могут быть токоограничивающими и не токоограничивающими. В первом случае автомат представляет собой выключатель, в котором время отключения установлено на чрезвычайно малую величину, в течение которой токи короткого замыкания не успевают достичь максимума.

Автоматы классифицируются по числу полюсов и могут быть одно-, двух-, трех- и четырехполюсными. Они оборудуются максимальными, независимыми, минимальными или нулевыми расцепителями напряжения. Большое значение имеет скорость срабатывания, когда устройства могут быть нормальными, быстродействующими и селективными. В некоторых приборах допускается сочетание технических характеристик. Некоторые модели оборудуются свободными контактами, а проводники подключаются к ним разными способами.

Существует разделение на различные типы по конструкции расцепителя или размыкателя, установленного в автомате. Данные элементы играют важную роль и разделяются как магнитные и тепловые. В первом случае размыкатель относится к быстродействующим и обеспечивает защиту при коротких замыканиях. Время срабатывания составляет от 0,005 до 3-4 секунд. Работа теплового расцепителя происходит гораздо медленнее, поэтому он используется в основном для защиты от перегрузок. Основой элемента является биметаллическая пластина, нагревающаяся при возрастающих нагрузках. Период срабатывания находится в пределах от 3-4 секунд до нескольких минут.

Кроме того, автоматы разделяются по типам отключения или по . Каждый тип А, В, С, D, К, Z. Например, тип А используется при размыкании цепей, имеющих значительную длину проводки, хорошо защищает полупроводниковые устройства. Предел срабатывания составляет 2-3 номинальных тока. Тип В применяется в системах освещения общего назначения и обладает порогом срабатывания 3-5 номинальных тока. Более подробные сведения о каждом типе автомата можно взять из таблицы.

Типы расцепителей автоматических выключателей

Все расцепители, используемые в автоматических выключателях, можно условно разделить на две группы. В первую группу входят устройства, защищающие электрические цепи и способные распознавать наступление критической ситуации, когда появляются сверхтоки. В результате срабатывания дальнейшее развитие аварии пресекается за счет расхождения главных рабочих контактов.

Вторая группа расцепителей представлена дополнительными устройствами, не входящими в базовую комплектацию автоматов. Под заказ могут устанавливаться:

• Независимые расцепители, способные дистанционно отключать автоматы при поступлении сигнала из вспомогательной цепи.
• Расцепитель минимального напряжения. Выполняет отключение автомата в случае падения напряжения ниже допустимых пределов.
• Расцепитель нулевого напряжения. Его контакты размыкаются при наступлении значительного падения напряжения.

Тепловой расцепитель

Образец теплового расцепителя, представленный на рисунке, выполнен в виде биметаллической пластины. В процессе нагревания она изгибается, меняет форму и оказывает воздействие на расцепляющий механизм. Для изготовления пластины две металлические ленты соединяются между собой механическим путем. Материал каждой ленты имеет разный коэффициент температурного расширения. Соединение выполняется методом пайки, сварки или заклепывания. Изгиб пластины образуется за счет разного изменения длины во время нагревания. Тепловые расцепители обеспечивают защиту от перегрузочных токов и могут быть настроены на заданный режим срабатывания.

Главным преимуществом теплового расцепителя является высокая устойчивость к вибрациям, отсутствие трущихся деталей и возможность работы в загрязненном виде. Они отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. В качестве недостатков следует отметить постоянное потребление электроэнергии, чувствительность к перепадам температур, возможность ложных срабатываний при нагревании посторонними источниками.

Такое же широкое применение получили электромагнитные расцепители, обладающие мгновенным действием. Конструктивно они выполнены в виде соленоида с сердечником, воздействующим на расцепляющий механизм. Когда по обмотке соленоида протекает сверхток, это приводит к созданию магнитного поля, перемещающего сердечник, и одновременно преодолевающего сопротивление возвратной пружины.

Настройка электромагнитного расцепителя производится на срабатывание при коротком замыкании, значение которого составляет 2-20 ln. В свою очередь значение ln = 200 А. Погрешность настроек может составлять 20% в ту или иную сторону от заданной величины. Поэтому уставки срабатывания для силовых автоматов указываются в амперах или в кратном значении номинального тока. Модульные автоматические выключатели имеют защитные характеристики, обозначаемые В (3-5), С (5-10) и D (10-50), где цифровые значения соответствуют предельному номинальному току ln, при котором наступает расхождение контактов.

Электромагнитный расцепитель

Основными плюсами электромагнитных расцепителей являются устойчивость к вибрациям, ударам и прочим механическим воздействиям, а также простота конструкции, облегчающая ремонт и обслуживание устройства. К недостаткам можно отнести мгновенное срабатывание, без задержек по времени, а также создание магнитного поля во время работы.

Выдержка времени имеет большое значение, поскольку за счет нее обеспечивается селективность. При наличии селективности или избирательности, вводным автоматом распознается наличие короткого замыкания, но оно пропускается на определенное установленное время. В течение этого временного промежутка должно успеть сработать нижестоящее защитное устройство, отключающее не весь объект, а лишь поврежденный участок.

Довольно часто тепловой и электромагнитный расцепители применяются совместно, путем последовательного соединения обоих элементов. Такая связка получила название комбинированного или термомагнитного расцепителя.

Полупроводниковый расцепитель

К более сложным устройствам относятся полупроводниковые расцепители. В состав каждого из них входит блок управления, измерительные трансформаторы при переменном токе или магнитные усилители при постоянном токе, а также исполнительный электромагнит, выполняющий функцию независимого расцепителя. С помощью блока управления настраивается программа, определенная пользователем, под руководством которой будут расцепляться главные контакты.

В процессе настроек выполняются следующие действия:

• Регулируется номинальный ток автомата
• Настраивается выдержка времени в зонах перегрузок и коротких замыканий.
• Определяется уставка срабатывания при коротком замыкании.
• Настройка защитных переключателей на срабатывание от однофазного включения.
• Настройка переключателя, отключающего задержку по времени, когда при коротком замыкании режим селективности изменяется на режим мгновенного действия.

Электронный расцепитель

Конструкция электронного расцепителя напоминает устройство аналогичного полупроводникового прибора. Он также состоит из электромагнита, измерительных устройств и блока управления. Значение рабочего тока и время выдержки устанавливается ступенчато, обеспечивая гарантированное срабатывание при коротком замыкании и пусковых токах.

Достоинствами этих приборов являются разнообразие настроек и возможность выбора, работа установленной программы с высокой точностью, наличие индикаторов работоспособности и причин срабатывания, логическая селективная связь с выключателями, расположенными выше и ниже автомата.

К недостаткам можно отнести высокую цену, хрупкость блока управления и чувствительность к влиянию электромагнитных полей.

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели (ВА) совсем не похожи на обычные, которые устанавливаются в каждой комнате для включения и выключения света. Их задача несколько другая. Автоматические выключатели устанавливаются в распределительных щитах и служат для предохранения цепи от скачков напряжения и непериодического отключения энергии на определенных участках электросети. Автоматы, как их чаще называют, устанавливаются на входе в дом или квартиру и располагаются в специальных боксах, металлических или пластиковых.

Существует множество разновидностей автоматических выключателей ВА. Некоторые из них служат лишь в качестве выключателей цепи и предохранения сети от перегрузки. Таковы, например, старые ВА типа АЕ в черном карболитовом корпусе. В большинстве старых щитков в подъездах жилых домов стоят именно такие. Впрочем, они вполне надежны и эксплуатируются до сих пор. Современные вариации допускают дополнительные функции, например защиту от токов пониженной нагрузки.

Автоматы делятся на 3 вида по времени срабатывания на недопустимое напряжение: селективные автоматы, нормальные автоматы и быстродействующие автоматы . Время срабатывания нормального автомата колеблется от 0,02 до 0,1 с. В селективных ВА это время такое же. Быстродействующие ВА работают проворнее - у них данная величина составляет всего 0,005 с. Все ВА заключены в пластиковый небьющийся корпус со специальным креплением (планкой или рейкой) на задней плоскости.

Устанавливать автомат на такое крепление очень легко - достаточно вставить его на рейку до щелчка. Снять можно при помощи отвертки, слегка потянув за специальное ушко сверху ВА. Это существенно облегчает задачу по установке автомата в шкафу.

Внутри корпуса располагается «начинка» автомата, его главные предохранительные устройства, которых может быть 2. Речь идет об электромагнитном и тепловом расцепителях - своеобразных механизмах автоматического прерывания цепи. Биметаллическая пластина при нагревании проходящим через нее током недопустимо высокого значения распрямляется и размыкает контакты - это тепловой расцепитель.

По времени срабатывания он самый медленный. Электромагнитный расцепитель работает по правилу «мертвой руки». Катушка, находящаяся в центре автомата, непрерывно поддерживается на месте стабильным напряжением. Стоит ему выскочить за номинальные пределы, как катушка буквально выскакивает со своего места, разрывая цепь. Такой способ разрыва цепи самый быстрый. У всех ВА есть контакты для присоединения подходящих и отходящих проводов.

Автоматы различают по степени чувствительности к срабатыванию отключения. В стандартных наиболее распространенных моделях чаще всего применяются ВА с пороговым значением силы тока, примерно равным 140 % от номинального. При повышении напряжения в полтора раза срабатывает электромагнитный (быстрый) расцепитель. При незначительном превышении номинального напряжения работает тепловой расцепитель. Процесс отключения при этом может растянуться на часы, что сильно зависит от температуры внешней среды. Однако автомат среагирует на изменение напряжения в любом случае. ВА различают по количеству полюсов. Что это значит? В одном автомате может быть несколько независимых друг от друга электрических линий, которые соединены между собой общим механизмом отключения.

Автоматы бывают одно-, двух-, трех- и четырехполюсными (это касается бытового применения). У ВА есть различия по другим показателям. Они отличаются по пороговой силе тока, которую пропускают через себя. Чтобы автомат мог сработать и в аварийной ситуации отключить электросеть, он должен быть настроен на определенный порог чувствительности. Такую настройку производит изготовитель, поэтому на автомате сразу пишут числовое значение данного порога.

Для бытовых нужд используют автоматы с показателями 6, 3, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 100 и 160 А. Есть автоматы со значениями 1000 и 2600 А, но в быту они не используются. Эти цифры означают суммарную мощность всех потребителей электрического тока, которые будут подключаться к цепи, «охраняемой» автоматом. Чувствительность автомата необходимо рассчитывать не только по суммарной мощности предполагаемых энергопотребителей, но и проводке, и электромонтажным изделиям - розеткам и выключателям.

Типы автоматов:

• А — для размыкания цепей с большой протяженностью электропроводки и защиты полупроводниковых устройств
• B — для осветительных сетей общего назначения
• C — для осветительных цепей и электроустановок с умеренными пусковыми токами (двигателей и трансформаторов)
• D — для цепей с активно-индуктивной нагрузкой, а также защиты электродвигателей с большими пусковыми токами
• K — для индуктивных нагрузок
• Z — для электронных устройств

Далее рассмотрим соответствие сечения кабеля и автомата, защищающего этот проводник. Максимальный длительный ток кабеля принят для температуры жил +65 и воздуха +25 °C. Количество одновременно прокладываемых проводников - до 4. Ряд автоматов: 0,5 A, 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 6 A, 10 A, 13 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 50 A и 63 A. Данные подходят и для трехжильного кабеля. В этом случае третья жила должна быть проводом защитного заземления или зануления.

Допустим, за отдельный участок в квартире, например кухню, у нас отвечает один автомат на 6,3 А (бывает и такое - электрики пошутили). По известной формуле Ватт = Вольт х Ампер вычисляем, сколько приборов (и каких) может питаться от нашей сети. Получается, что это значение равно 1386 Вт, поскольку напряжение по умолчанию 220 В. Значит, на такой кухне нельзя включить даже мощный чайник, не говоря уже о холодильнике или электроплите - автомат сработает мгновенно и не даст недопустимому, на его взгляд, току проходить на подконтрольную территорию. В данном случае надо срочно менять ВА на 25 или даже 32 А.

Устройство защитного отключения (УЗО) по внешнему виду очень напоминает обычный автомат: те же корпус и рычаг отключения. Собственно, УЗО и может выступать в качестве ВА, то есть как выключатель определенного участка цепи. Помимо этого, у него есть еще несколько функций. Главная из них - это защита человека от электрического тока и случайной утечки из сети. УЗО не может защитить от короткого замыкания, оно просто не прореагирует на него. Принцип работы УЗО - сравнивать входящий из сети ток с показателями, на которые настроен прибор. Допустим, если человек взялся рукой за провод и через него пошел ток, УЗО моментально разомкнет цепь, поскольку сигнал из сети не будет совпадать с нормальными показателями.

То же произойдет, если случится обрыв провода. УЗО обязательно устанавливается в любом распределительном щите, иногда их там несколько. Особенно это касается помещений с повышенным уровнем влажности - ванной и кухни.

Важно помнить, что УЗО реагирует только на утечку тока из цепи . Любое другое нарушение работы, даже такой случай, когда человек возьмет в руки фазовый и нейтральный провода, то есть сам станет частью цепи, оставит его безучастным. Так что не стоит надеяться на одно лишь УЗО, а лучше укомплектовать распределительный щит дополнительными устройствами защиты от всех видов нарушения работы сети. На лицевой части любого УЗО есть кнопка «Тест», нажав которую можно узнать, в рабочем ли состоянии механизм. Если он исправен, то разорвет цепь (отщелкнется), если же изменений не произойдет - прибор не работает.

Точно так же, как и ВА, УЗО отличаются по чувствительности к значению силы тока и могут иметь несколько полюсов для подсоединения независимых проводников. Ряд числовых значений у них совпадает с автоматами: 6, 3, 10, 16, 25 А и т. д. Однако у них есть и второй показатель - это отклонение величины силы тока по входящему проводнику. В бытовом УЗО, который предназначен в основном для защиты человека, порог чувствительности к отклонению от номинала равен 30 мА.

УЗО срабатывает очень быстро, в течение 0,05 с. В идеале это должно означать, что человек даже не успеет почувствовать укол тока, как сеть обесточится. Менее чувствительные УЗО используются в электротехнике, в которой порог опасного отклонения много выше, чем в случае поражения человека. Показания такого УЗО - 300 и 500 мА.

Примечание

Если номинальный ток превысит показатель силы тока в УЗО, то он не отключится подобно автомату, а просто сгорит, поэтому прибор нужно ставить с запасом.

Дифференциальный автомат или дифавтомат (АД) - это гибридное устройство, совмещающее в себе УЗО и механизм защиты от перегрузки тока, то есть обычный автоматический выключатель. Дифавтоматы, как их часто называют, различаются по многочисленным показателям. Например, регуляция номинального порогового тока, задержка времени и т. д. Дифавтомат заменяет собой сразу два устройства: автоматический выключатель и УЗО.

Это сокращает время монтажа и удобно при обслуживании. Многие АД имеют специальную индикацию, которая при срабатывании показывает, от чего именно произошел разрыв цепи: короткого замыкания или утечки. По внешнему виду АД практически ничем не отличаются от УЗО, только маркировка на нем другая.

Продукция российского производства имеет надпись на лицевом щитке «АД» и далее числовые значения.

Все наши электрические сети и цепи, а также бытовые электроприборы и электрооборудование надежно защищены автоматическими выключателями. Их главная задача - это в нужный момент обесточить электрическую цепь, т.е. отключить подачу электрического тока. Автомат (АВ) срабатывает, т.е. отключается, в случаях короткого замыкания и перегрузки в сети (нагрев проводов). Для различных электрических цепей существуют и различные виды и типы автоматических выключателей .

Виды автоматических выключателей (АВ)

Все можно разделить на выключатели переменного тока, постоянного тока и универсальные, работающие при любом электрическом токе в сети.

По своей конструкции АВ бывают: воздушные, модульные, а также в литом корпусе.

Автоматические выключатели подразделяются по показателю номинального тока.

Также еще одно различие - это номинальное напряжение. В большинстве случаев АВ работают в сетях с напряжением 220 или 380 Вольт.

Электрические автоматы бывают токоограничивающие и нетокоограничивающие. Токоограничивающий автоматический выключатель - это выключатель с чрезвычайно малым временем отключения, в течение которого ток не успевает достичь своего максимального значения.

Все модели электровыключателей классифицируются по количеству полюсов. Они делятся на однополюсные, двухполюсные, трехполюсные и четырехполюсные автоматы.

АВ подразделяются по виду расцепителей — максимальный расцепитель тока, независимый расцепитель, минимальный или нулевой расцепитель напряжения.

По скорости срабатывания. Выделяют быстродействующие, нормальные и селективные автоматы. Бывают с выдержкой времени, без нее, независимой или обратно зависимой от тока выдержкой времени срабатывания. Характеристики могут сочетаться.

Отличаются АВ и по степени защиты от окружающей среды — IP, механических воздействий, токопроводимости материала. По виду привода — ручной, двигатель, пружина.

Также автоматы различают по наличию свободных контактов и способу присоединения проводников.

Типы автоматических выключателей

Что означает тип электрического автомата? Автоматические выключатели содержат внутри себя два вида размыкателей - тепловой и магнитный.

Магнитный быстродействующий размыкатель предназначен для защиты при коротком замыкании. Срабатывание размыкателя может происходить за время от 0,005 до нескольких секунд.

Тепловой размыкатель значительно медленнее, предназначен для защиты от перегрузки. Работает с помощью биметаллической пластины, нагревающейся при перегрузке цепи. Время срабатывания от нескольких секунд до минут.

Совместная характеристика срабатывания зависит от вида подключаемой нагрузки.

Существует несколько типов отключения АВ. Их еще называют — типы время-токовых характеристик отключения. Они обозначаются так - A, B, C, D, K, Z.

A - применяется для размыкания цепей с большой длинной электропроводки, служит хорошей защитой для полупроводниковых устройств. Срабатывают при 2-3 номинальных токах.

B - для осветительной сети общего назначения. Срабатывают при 3-5 номинальных токах.

C - осветительные цепи, электроустановки с умеренными пусковыми токами. Это могут быть двигатели, . Перегрузочная способность магнитного размыкателя выше, чем у выключателей типа B. Срабатывают при 5-10 номинальных токах.

D - применяются в цепях с активно-индуктивной нагрузкой. Для электродвигателей с большими пусковыми токами, например. При 10-20 номинальных токах.

K - индуктивные нагрузки.

Z - для электронных устройств.

Данные о срабатывании выключателей типов K, Z лучше смотреть в таблицах конкретно по каждому производителю.