Автоматические выключатели

Автоматические выключатели (или просто автоматы) – это контактное коммутационное аппараты, которые предназначены для оперативного управления участками электрических цепей (включения и отключения, т.е. для коммутации), защиты кабелей, проводов и потребителей (электрических приборов) от токов перегрузки и от токов короткого замыкания. Широко применяются в административных, промышленных и жилых зданиях. Кроме того, при помощи автоматических выключателей осуществляют контроль над количеством аппаратуры, подключенной к локальной сети.

Автоматы применяются, как уже было сказано, для осуществления оперативной коммутации участков электрической цепи, т.е. для управления. Но, кроме того, они применяются для защиты электрических цепей, т.е. для отключения от питающей сети цепь, когда в ней возникают большие по значению токи короткого замыкания.

Конструкция автоматических выключателей представляет собой корпус, выполненный из пластика, в который помещаются главная контактная система, дугогасительная система, привод расцепляющего устройства, реле прямого действия они же расцепители (одно или несколько), вспомогательные контакты (необязательно).

Автоматические выключатели могут классифицироваться по следующим параметрам:

• по конструктивному исполнению;
• по количеству полюсов (модулей);
• в зависимости от системы заземления;
• по типу дугогасительной системы;
• по типу исполнения;
• по типу привода автоматического выключателя.

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 часто встречающиеся автоматы.

Модульные автоматические выключатели, пожалуй, самый распространенный вид автоматических выключателей.

Они широко применяются в жилых, торговых, и других помещениях. Модульными они называются потому, что состоят из стандартных модулей. Ширина одного модуля всегда равна 17.5 мм. Количество модулей зависит от количества полюсов и по ширине всегда кратны ширине одного модуля, т.е. 17.5 мм.

Принцип работы автоматического выключателя заключается в беспрепятственном прохождении электрического тока через него в обычном (неаварийном) режиме, а в случае возникновения токов перегрузки или токов короткого замыкания, разрыве автоматом цепи на одном из участков. 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 электромагнитный расцепитель (катушку соленоида). После катушки по гибкому проводнику на тепловой расцепитель (биметаллическую пластину), от него на нижнюю винтовую клемму и далее в цепь подключенной нагрузки.

Автоматические выключатели включают в себя следующие основные рабочие элементы, размещенные в пластиковом корпусе:

• верхняя клемма для подключения;
• неподвижный силовой контакт;
• подвижный силовой контакт;
• дугогасительная камера;
• гибкий проводник;
• электромагнитный расцепитель (катушка с сердечником);
• ручка для управления;
• тепловой расцепитель (биметаллическая пластина);
• винт для регулировки теплового расцепителя;
• нижняя клемма для подключения.

За отключение автомата отвечают два важных механизма – электромагнитный расцепитель и тепловой расцепитель. Конструкция электромагнитного расцепителя представляет собой соленоид с подпружиненным сердечником, который связан с подвижным силовым контактом. Такой расцепитель обеспечивает отключение автомата при  возникновении в защищаемой цепи короткого замыкания, т.е. при возникновении токов, величина которых в тысячи раз превышает номинальное значение этого параметра. 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.

Время срабатывания этого вида защиты определяется время-токовыми характеристиками.

Тепловой расцепитель срабатывает в случае возникновения в защищаемой цепи токов перегрузки (небольшие, но действующие в течение продолжительного промежутка времени, превышения допустимого значения тока). В отличие от электромагнитного расцепителя, тепловой расцепитель не срабатывает на кратковременные броски тока. Конструкция теплового расцепителя представляет собой биметаллическую пластину, которая подключена последовательно с катушкой электромагнитного расцепителя. Биметаллическая пластина нагревается, когда в последовательной цепи протекает ток (при работающем автомате), что приводит к тому, что ее свободный конец смещается к рычагу механизма расцепления. При возникновении токов перегрузки и по истечении определенного времени пластина нагревается настолько, что изгибается и контактирует с рычагом. Далее задействуется механизм расцепления, который размыкает силовые контакты, после чего автоматический выключатель отключается, размыкая защищаемую цепь. Время срабатывания этого вида защиты также определяется время-токовыми характеристиками.

Винт для регулировки теплового расцепителя располагается внутри корпуса. Поэтому регулировка тока срабатывания теплового расцепителя производится еще на этапе сборки.

Неподвижный силовой контакт и подвижный силовой контакты, расположенные в корпусе, составляют контактную систему автоматического выключателя.

Дугогасительное устройство (дугогасительная камера) необходимо для гашения электрической дуги, возникающей при размыкании силовых контактов при протекании через них тока. Мощность дуги, как правило, пропорциональна току в коммутируемой цепи. Электрическая дуга опасна тем, что она разрушает силовые контакты, повреждает пластмассовые детали корпуса.

Дугогасительное устройство автоматических выключателей представляет собой дугогасительную камеру с деионной решеткой из нескольких покрытых медью стальных параллельных пластин. Дугогасительное устройство устанавливается в каждом полюсе выключателя и предназначается для локализации электрической дуги в ограниченном объеме. Могут быть предусмотрены также искрогасители, представляющие собой фибровые пластины.

Модульные автоматические выключатели в зависимости от количества полюсов можно разделить на четыре группы:

• однополюсными;
• двухполюсными;
• трёхполюсными;
• четырёхполюсными.

Однополюсный автоматический выключатель представляет собой один модуль. Такие автоматы обеспечивают подачу напряжения и защиту от токов перегрузки и от токов короткого замыкания только одного провода. Различные модели однополюсных автоматов могут различаться в зависимости от номиналов, и времятоковых характеристик, которые определяют скорость отключения. Однополюсный автоматический выключатель (один модуль) представляет собой корпус стандартной ширины, равной 17,5 мм. Корпус имеет специальные крепления на DIN-рейку и рычаг взвода автомата. Также на корпусе модуля расположены две винтовые клеммы (входная и выходная) для присоединения проводов со стороны питания и со стороны нагрузки, а также все основные рабочие элементы, перечисленные выше.

Однополюсные автоматы применяются в однофазных электросетях - устанавливаются в разрыв фазного провода. В случае возникновения короткого замыкания, разрывают цепь, отключая только фазу. Обратите внимание, нельзя устанавливать сразу два отдельных однополюсных автоматических выключателя для защиты фазного и нулевого провода. В таком случае в однофазных электросетях необходимо устанавливать двухполюсные автоматы. Однополюсные автоматы иногда применяются как вводные в системе заземления TN-C. При помощи вводных автоматов можно отключить питающую линию от групповых электрических сетей.

Двухполюсные автоматические выключатели представляет собой два модуля. Двухполюсные автоматы применяются в однофазных электросетях. Такие автоматы обеспечивают подачу напряжения и защиту от токов перегрузки и от токов короткого замыкания двух проводов – фазы и/или нуля. При возникновении короткого замыкания двухполюсный автомат позволит одновременно отключить и нуль и фазу. Различные модели двухполюсных автоматов могут различаться в зависимости от номиналов, и времятоковых характеристик, которые определяют скорость отключения. Двухполюсный автоматический выключатель представляет собой два модуля, каждый из которых - корпус стандартной ширины, равной 17,5 мм. Каждый из корпусов имеет специальные крепления на DIN-рейку и рычаги взвода автомата. Также на корпусе каждого модуля расположены две винтовые клеммы (входная и выходная) для присоединения проводов со стороны питания и со стороны нагрузки.

Двухполюсные автоматы чаще всего применяются как вводные в системе заземления TN-S. При помощи вводных автоматов можно отключить питающую линию от групповых электрических сетей.

Трехполюсные автоматические выключатели представляет собой три модуля. Трехполюсные автоматы применяются в трехфазных электросетях. Такие автоматы обеспечивают подачу напряжения и защиту от токов перегрузки и от токов короткого замыкания трех проводов - фазы и/или нуля. При возникновении короткого замыкания трехполюсный автомат позволит одновременно отключить и ноль и фазу. Различные модели трехполюсных автоматов могут различаться в зависимости от номиналов, и времятоковых характеристик, которые определяют скорость отключения. Трехполюсный автоматический выключатель представляет собой три модуля, каждый из которых - корпус стандартной ширины, равной 17,5 мм. Каждый из корпусов имеет специальные крепления на DIN-рейку и рычаги взвода автомата. Также на корпусе каждого модуля расположены две винтовые клеммы (входная и выходная) для присоединения проводов со стороны питания и со стороны нагрузки.

Трехполюсные автоматы чаще всего применяются как вводные в системе заземления TN-C. При помощи вводных автоматов можно отключить питающую линию от групповых электрических сетей.

Четырехполюсные автоматические выключатели представляет собой четыре модуля. Четырехполюсные автоматы применяются в четырехфазных электросетях. Такие автоматы обеспечивают подачу напряжения и защиту от токов перегрузки и от токов короткого замыкания четырех проводов - фазы и/или нуля. При возникновении короткого замыкания четырехполюсный автомат позволит одновременно отключить и ноль и фазу. Различные модели четырехполюсных автоматов могут различаться в зависимости от номиналов, и времятоковых характеристик, которые определяют скорость отключения. Четырехполюсный автоматический выключатель представляет собой четыре модуля, каждый из которых - корпус стандартной ширины, равной 17,5 мм. Каждый из корпусов имеет специальные крепления на DIN-рейку и рычаги взвода автомата. Также на корпусе каждого модуля расположены две винтовые клеммы (входная и выходная) для присоединения проводов со стороны питания и со стороны нагрузки.

Четырехполюсные автоматы чаще всего применяются как вводные в системе заземления TN-S. При помощи вводных автоматов можно отключить питающую линию от групповых электрических сетей.

Вводные автоматы в зависимости от системы заземления можно разделить на две группы:

• автоматические выключатели двухполюсные и четырехполюсные для системы заземления TN-C;
• автоматические выключатели двухполюсные и четырехполюсные для системы заземления TN-S.

Система заземления TN-S предполагает, что нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) провод разделены на всем протяжении. В такой системе заземления используются двухполюсные (однополюсные с нулем при сетевом напряжении 220 вольт) автоматические выключатели, а также четырехполюсные (трехполюсные с нулем при сетевом напряжении 380 вольт) автоматы. Система заземления TN-S более современная, широко применяется в жилом строительстве. Она позволяет одновременно подключать электросеть квартиры от нулевого рабочего и фазных проводников со стороны ввода электропитания.

Система заземления TN-C предполагает, что нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) провод не разделены. Другими ловами, нулевой рабочий провод выполняет функции нулевого защитного провода и называется PEN. В такой системе заземления используются однополюсные (при сетевом напряжении 220 вольт) автоматические выключатели, а также трехполюсные автоматы (при сетевом напряжении 380 вольт). Такая система заземления, как правило, встречается в домах старой постройки.

Одной из важнейших характеристик автоматических выключателей является номинальный ток (In), Ампер. Это максимальный ток (в амперах), который может протекать через автомат бесконечно долго, без разрыва защищаемой цепи. Ряд типовых значений номинального тока автоматических выключателей составляет: 1А, 2А, 3А, 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 35А, 40А, 50А, 63А, 80А, 100А, 125А, 160А, 250А, 400А, 630А, 1000А, 1600А, 2500А, 4000А, 6300А, из которых 6А, 10А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А, 80А, 100А встречаются чаще от стальных. Номинальный ток автоматического выключателя, указанный на его корпусе, приводится, как правило, для температуры окружающей среды +30°С.

Еще одна важная характеристика – время-токовая характеристика срабатывания автоматического выключателя. Это зависимость времени отключения защищаемой цепи, от силы протекающего через нее тока. Другими словами, именно эта характеристика определяет время срабатывания автоматического выключателя в случае возникновения токов короткого замыкания или токов перегрузки различной величины. Ток указывается как отношение к номинальному току [I/In], т.е. во сколько раз, протекающий через автомат ток, превышает номинальный для данного автоматического выключателя.

Обратите внимание, автоматы с одинаковым номинальным током будут отключаться по-разному в зависимости от их время-токовых характеристик. Время-токовая характеристика, как правило, приводится в виде графика и маркируется на корпусе соответствующей буквой.

Существует шесть типов время-токовых характеристик:

• тип А (2-3 значения номинального тока) применяются для защиты цепей с большой протяженностью электропроводки и для защиты полупроводниковых устройств. Используются как правило в квартирах и частных домах;
• тип B (3-5 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с малым значением кратности пускового тока с преимущественно активной нагрузкой (лампы накаливания, обогреватели, печи, осветительные электросети общего назначения). Также часто используются в квартирах и частных домах, в сетях с большими нагрузками, где потребность в электроэнергии значительно увеличивается;
• тип С (5-10 значений номинального тока) применяются для защиты цепей установок с умеренными пусковыми токами - кондиционеры, холодильники, домашние и офисные розеточные группы, газоразрядные лампы с повышенным пусковым током. Используются в промышленных и офисных зданиях;
• тип D (10-20 значений номинального тока) применяются для защиты цепей, питающих электроустановки с высокими пусковыми токами (компрессоры, подъемные механизмы, насосы, станки). Устанавливаются, в основном, в производственных помещениях;
• тип K (8-12 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с индуктивной нагрузкой;
• тип Z (2,5-3,5 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с электронными приборами, чувствительными к сверхтокам.

Автоматических выключателей обладают еще несколькими важными характеристиками:

• номинальное напряжение;
• предельная коммутационная способность;
• класс токоограничения;
• степень защиты (IP);
• монтажные характеристики;