Автомат защиты сети

Автоматический выключатель — от чего защищает и как он устроен

Автоматические выключатели – это устройства, задача которых заключается в защите электрической линии от повреждения под воздействием тока большой величины. Это могут быть как сверхтоки короткого замыкания, так и просто мощный поток электронов, в течение достаточно длительного времени проходящий по кабелю и вызывающий его перегрев с дальнейшим оплавлением изоляции. Автомат защиты в этом случае предотвращает негативные последствия, отключая подачу тока в цепь. В дальнейшем, когда ситуация придет в норму, аппарат можно вновь включить вручную.

Какие бывают автоматы защиты

Для защиты проводников однофазной сети 220 В есть отключающие устройства однополюсные и двухполюсные. К однополюсным подключается только один проводник — фазный, к двухполюсным и фаза и ноль. Однополюсные автоматы ставят на цепи 220 В внутреннего освещения, на розеточные группы в помещениях с нормальными условиями эксплуатации. Их также ставят на некоторые виды нагрузки в трехфазных сетях, подключая одну из фаз.

Для трехфазных сетей (380 В) есть трех и четырех полюсные. Вот эти автоматы защиты (правильное название автоматический выключатель) ставят на трехфазную нагрузку (духовки, варочные панели и другое оборудование которое работает от сети 380 В).

В помещениях с повышенной влажностью (ванная комната, баня, бассейн и т.д.) ставят двухполюсные автоматические выключатели. Их также рекомендуют устанавливать на мощную технику — на стиральные и посудомоечные машины, бойлеры, духовые шкафы и т.д.

Просто в аварийных ситуациях — при коротком замыкании или пробое изоляции — на нулевой провод может попасть фазное напряжение. Если на линии питания установлен однополюсный аппарат, он отключит фазный провод, а ноль с опасным напряжением так и останется подключенным. А значит, остается вероятность поражения током при прикосновении. То есть, выбор автомата прост — на часть линий ставятся однополюсные выключатели, на часть — двухполюсные. Конкретное количество зависит от состояния сети.

Автоматы для однофазной сети

Для трехфазной сети существуют трехполюсные автоматические выключатели. Такой автомат ставится на входе и на потребителях, к которым подводятся все три фазы — электроплита, трехфазная варочная панель, духовой шкаф и т.д. На остальных потребителей ставят двухполюсные автоматы защиты. Они в обязательном порядке должны отключать и фазу и нейтраль.

Пример разводки трехфазной сети — типы автоматов защиты

Выбор номинала автомата защиты от количества подключаемых к нему проводов не зависит.

Электрические автоматы. Виды и работа. Характеристики

С самого начала возникновения электричества инженеры стали думать над безопасностью электрических сетей и устройств от токовых перегрузок. Вследствие этого было сконструировано много разных устройств, которые отличаются надежной и качественной защитой. Одними из последних разработок стали электрические автоматы.

Этот прибор называется автоматическим по причине того, что он оснащен функцией отключения питания в автоматическом режиме, при возникновении коротких замыканий, перегрузок. Обычные предохранители после срабатывания подлежат замене на новые, а автоматы после устранения причин аварии можно снова включить.

Такое защитное устройство необходимо в любой схеме электрической сети. Защитный автомат защитит здание или помещение от разных аварийных ситуаций:

Пожаров.
Ударов человека током.
Неисправностей электропроводки.

Виды и конструктивные особенности

Необходимо знать информацию о существующих видах автоматических выключателей, чтобы во время приобретения правильно выбрать подходящее устройство. Имеется классификация электрических автоматов по нескольким параметрам.

Отключающая способность

Это свойство определяет ток короткого замыкания, при котором автомат разомкнет цепь, тем самым отключит сеть и приборы, которые были подключены к сети. По этому свойству автоматы подразделяются:

Автоматы на 4500 ампер, применяются для предотвращения неисправностей силовых линий жилых домов старой постройки.
На 6000 ампер, используются для предотвращения аварий при замыканиях в сети домов в новостройках.
На 10000 ампер, применяются в промышленности для защиты электрических установок. Ток такой величины может образоваться в непосредственной близости от подстанции.

Срабатывание автоматического выключателя возникает при замыканиях, сопровождающихся возникновением определенной величины тока.

Автомат защищает электропроводку от повреждения изоляции большим током.

Число полюсов

Это свойство говорит нам о наибольшем количестве проводов, которые возможно подключить к автомату для обеспечения защиты. При аварии, напряжение на этих полюсах отключаются.

Особенности автоматов с одним полюсом

Такие электрические автоматы наиболее простые по своей конструкции, и служат для защиты отдельных участков сети. К такому автоматическому выключателю можно подсоединить два провода: вход и выход.

Задачей таких устройств является защита электрической проводки от перегрузок и КЗ проводов. Нейтральный провод подключается к нулевой шине, в обход автомата. Заземление подключается отдельно.

Электрические автоматы с одним полюсом не являются вводными, так как при его отключении разрывается фаза, а нулевой провод по-прежнему остается соединенным с питанием. Это не обеспечивает защиту на 100%.

Свойства автоматов с двумя полюсами

В случаях, когда при аварии требуется полное отсоединение от электрической сети, используют автоматические выключатели с двумя полюсами. Они используются как вводные. В аварийных случаях, либо при коротком замыкании вся электрическая проводка отключается в одно время. Это дает возможность осуществлять работы по ремонту и обслуживанию, а также проведения работ по подключению оборудования, так как гарантирована полная безопасность.

Двухполюсные электрические автоматы используют, когда необходимо наличие отдельного выключателя для устройства, работающего от сети 220 вольт.

Автомат с двумя полюсами подключают к устройству с помощью четырех проводов. Из них два приходят от сети питания, а другие два выходят из него.

Читать еще: Маркировка узо и дифавтоматов

Трехполюсные электрические автоматы

В электрической сети, имеющей три фазы, применяются 3-полюсные автоматы. Заземление оставляют незащищенным, а проводники фаз соединяют с полюсами.

Трехполюсный автомат служит вводным устройством для любых трехфазных потребителей нагрузки. Чаще всего такой вариант исполнения автомата применяют в промышленных условиях для питания электричеством электродвигателей.

К автомату можно подключить 6 проводников, три из которых – фазы электрической сети, а остальные три выходящие от автомата, и обеспеченные защитой.

Использование четырехполюсного автомата

Чтобы обеспечить защитой трехфазную сеть с четырехпроводной системой проводников (например, электродвигатель, включенных по схеме «звезды»), применяют 4-полюсный автоматический выключатель. Он играет роль вводного устройства четырехпроводной сети.

Имеется возможность подключения к устройству восьми проводников. С одной стороны – три фазы и ноль, с другой стороны – выход трех фаз с нолем.

Время-токовая характеристика

Когда устройства, потребляющие электроэнергию, и электрическая сеть работают в нормальном режиме, то происходит обычное протекание тока. Это явление касается и электрического автомата. Но, в случае повышения силы тока по разным причинам выше номинального значения, происходит срабатывание расцепителя автомата, и цепь разрывается.

Параметр этого срабатывания называется время-токовой характеристикой электрического автомата. Она является зависимостью времени сработки автомата и соотношения между реальной силой тока, проходящей через автомат, и номинальным значением тока.

Важность этой характеристики заключается в том, что обеспечивается наименьшее число ложных срабатываний с одной стороны, и осуществляется защита по току, с другой стороны.

В энергетической промышленности бывают ситуации, когда кратковременное повышение тока не связано с аварией, и защита не должна срабатывать. Также происходит и с электрическими автоматами.

Время-токовые характеристики определяют, через какое время сработает защита, и какие параметры силы тока при этом возникнут. Чем больше перегрузка тем быстрее сработает автомат.

Электрические автоматы с маркировкой «В»

Автоматические выключатели категории «В», способны отключаться за 5 — 20 с. При этом значение тока составляет от 3 до 5 номинальных значений тока ≅0.02 с. Такие автоматы используются для защиты бытовых устройств, а также всей электропроводки квартир и домов.

Свойства автоматов с маркировкой «С»

Электрические автоматы этой категории могут выключиться за время 1 — 10 с, при 5 — 10 кратной токовой нагрузке ≅0.02 с. Такие применяют во многих областях, наиболее популярны для домов, квартир и других помещений.

Значение маркировки «D» на автомате

С таким классом автоматы используются в промышленности и выполнены в виде 3-полюсных и 4-полюсных исполнений. Их применяют для того, чтобы защитить мощные электрические моторы и разные трехфазные устройства. Время их сработки составляет до 10 секунд, при этом ток срабатывания может превышать номинальное значение в 14 раз. Это дает возможность с необходимым эффектом использовать его для защиты различных схем.

Электродвигатели со значительной мощностью чаще всего подключают через электрические автоматы с характеристикой «D», т.к. пусковой ток высокий.

Номинальный ток

Имеется 12 вариантов исполнения автоматов, которые различаются по характеристике номинального тока работы, от 1 до 63 ампер. Этот параметр определяет скорость выключения автомата при достижении предельного значения тока.

Автомат по этому свойству выбирают с учетом поперечного сечения жил проводов, допускаемому току.

Принцип действия электрических автоматов

Обычный режим

При обычной работе автомата управляющий рычаг взведен, ток поступает через провод питания на верхней клемме. Далее ток идет на неподвижный контакт, через него на подвижный контакт и по гибкому проводу на катушку соленоида. После него по проводу ток идет на биметаллическую пластину расцепителя. От него ток проходит на нижнюю клемму и дальше на нагрузку.

Режим перегрузки

Этот режим возникает при превышении номинального тока автомата. Биметаллическая пластина нагревается большим током, изгибается и размыкает цепь. Для действия пластины требуется время, которое зависит от значения проходящего тока.

Автоматический выключатель является аналоговым устройством. При его настройке есть определенные сложности. Ток срабатывания расцепителя настраивается на заводе специальным регулировочным винтом. После остывания пластины автомат снова может функционировать. Температура биметаллической пластины зависит от окружающей среды.

Расцепитель действует не сразу, давая возможность току к возврату номинального значения. Если ток не снижается, то расцепитель срабатывает. Перегрузка может возникнуть из-за мощных устройств на линии, либо подключении сразу нескольких устройств.

Режим короткого замыкания

При этом режиме ток возрастает очень быстро. Магнитное поле в катушке соленоида движет сердечник, приводящий в действие расцепитель, и отключает контакты сети питания, тем самым снимает аварийную нагрузку цепи и защищает сеть от возможного пожара и разрушения.

Электромагнитный расцепитель действует мгновенно, чем отличается от теплового расцепителя. При размыкании контактов рабочей цепи появляется электрическая дуга, величина которой зависит от тока в цепи. Она вызывает разрушение контактов. Чтобы предотвратить это отрицательное действие, сделана дугогасительная камера, которая состоит из параллельных пластин. В ней дуга затухает и исчезает. Возникающие газы отводятся в специальное отверстие.

Время — токовая характеристика

Времятоковые характеристики автоматических вводных выключателей маркируются латинскими буквами A, B, C и так далее. К группе А относятся устройства с наибольшей чувствительностью. Далее характеристики загрубляются, и приборы класса В будут срабатывать при 3-4 кратном превышении номинального тока. Автоматика класса С и D ставится при наличии в доме мощного оборудования – электроплит, котлов, сварочных аппаратов. Точные данные в документации к автомату.

Автомат выбирается с учетом схемы электросети и ее потребностей. Выделяют однополюсные, двухполюсные, трехполюсные и четырехполюсные устройства.

Однополюсный

Выключатель с одним полюсом используется в электрических сетях с одной фазой. Разные модели отличаются разными характеристиками, от которых зависит скорость отключения. В состав входят два механизма расцепителя – электромагнитный и тепловой.

Читать еще: Принцип работы автоматического выключателя

Один срабатывает при коротком замыкании, второй при превышении нагрузки в течении определенного времени. Подсоединяется через верхнюю клемму, к нижней включается отходящий провод. Принцип действия такой же, как у отводящих автоматов, но номинал тока выше.

Двухполюсный

Используется в однофазном вводе. В конструкции блок с двумя полюсами, которые оснащены рычажками и общей блокировкой между механизмами выключения. То есть главное отличие от однополюсника в том, что при неполадке на любой из идущих от него линий, отключатся обе. Двухполюсники используются в типовых современных квартирах.

Трехполюсный

Для сетей на три фазы используются трехполюсники и четырехполюсники. Такие электросети есть в домах, где готовка пищи производится на электрических плитах. Для подключения трехполюсного автомата к каждой клемме подключается по фазе. В приборах с четырьмя полюсами дополнительно используется нейтральный провод.

Классификация по конструкции

Существует три вида автоматов защиты сети:

Модульный прибор. Актуален для бытовых сетей с протекающими токами небольшой величины. Чаще имеет один или два полюса.
Литой. Используются для работы в промышленных сетях. Название получили благодаря литому корпусу.
Воздушный электрический. Применяется для сетей, поддерживающих высокомощные установки. Обычно имеет три или четыре полюса.

Каким производителям стоит доверять

И напоследок уделим внимание производителям. Выбор автомата нельзя считать завершенным, если вы не подумали о том, какой фирмы автоматические выключатели вы будете покупать. Точно не стоит брать неизвестные фирмы — электрика не та область, где можно ставить эксперименты. Подробно о выборе производителя в видео.

Анатолий Рыцев / Мастер — универсал, автор сайта

Мастер — универсал. Занимается внутренними и фасадными отделочными работами всех видов: малярка, штукатурка, оклейка обоев, все виды плиточных работ, а также строительством загородных домов и растениеводством.

Основные критерии выбора

Для того чтобы правильно подобрать вводной автомат (ВА) нужно знать на какие характеристики стоит обратить внимание при покупке.

Номинальный ток

Это самая важная характеристика при выборе вводного защитного устройства. Это свойство прибора обозначает максимальный ток, при превышении которого произойдёт отключение питания, за определённое время.

Обратите внимание! Автоматические выключатели служат для защиты кабеля от перегрева и номинал должен быть подобран с учётом площади сечения проводников!

Вне зависимости от того, является автомат вводным или обеспечивающим защиту конкретной линии (провода), его расчёт производится по максимальной мощности потребителей электроэнергии. Номинал вводного устройства выбирают, рассчитывая мощность (или ток) всех потребителей при одновременном включении в сеть, для большей безопасности уменьшая полученное число на 10-15%, округляя в сторону меньшего значения.

Количество полюсов

Существуют автоматы с разным количеством полюсов. Однополюсные применяют для защиты отдельных линий. Функции вводного автомата обычно выполняют двух, трех или четырехполюсные автоматические выключатели.

Важное правило, которое поможет выбрать количество полюсов заключается в том, что для однофазных сетей применяют двухполюсные автоматы, а для трехфазных – трех или четырехполюсник.

Двухполюсные выключатели выполнены с общим для обоих полюсов рычагом и механизмом отключения. То есть при аварийной ситуации происходит отключение сразу двух полюсов (обычно к одной клемме подключают фазу, ко второй — ноль). Такие приборы часто применяются в однофазных сетях жилых помещений многоквартирных домов.

Трехполюсный (или четырёхполюсный) автомат используют при вводе электрического кабеля в частные дома при трехфазной сети, а также в промышленных зданиях и даже в некоторых квартирах. К каждой клемме прибора подключают по фазе (и ноль, если это четырехполюсник). Он также, как и двухполюсник имеет один общий рычаг для всех полюсов и при перегрузке отключает питание по всем фазам.

Времятоковая характеристика

Характеризует ток мгновенного расцепления и чаще всего обозначается на приборе латинскими буквами B, C или D. От времятоковой характеристики зависит чувствительность защитного устройства к пусковым токам электроприборов и оборудования. Для вводного автоматического выключателя это свойство является важным, так как оно влияет на срабатывание нижестоящих групп автоматов.

Чаще всего используют следующие типы автоматов по времятоковой характеристике:

B – при значении тока в 3 — 5 раз выше номинального сработает электромагнитный выключатель устройства и оно мгновенно отключится;
C – электромагнитный расцепитель отключит устройство при превышении тока в 5-10 раз;
D – сработает при превышении тока в 10-20 раз от номинального.

Для вводного автомата в жилые помещения применяют устройства с времятоковой характеристикой типа C, так как большинство приборов в домашних условия не имеют больших пусковых токов и не будут оказывать негативного влияния на электрическую сеть квартиры или дома.

Характеристики срабатывания каждого устройства указываются в паспорте и инструкции завода-изготовителя автоматического выключателя.

Способ крепления

Все автоматические выключатели имеют стандартное крепление и помещаются на дин-рейку в электрощите. Это же правило относится и к вводным автоматам. Исключение составляют специальные устройства для промышленных целей, которые могут закрепляться без дин-рейки на специальные крепления.

Бренд выключателя

При выборе вводного защитного выключателя, также как и в случае выбора любых электротехнических устройств важно ориентироваться на известного производителя, заслужившего признание. Такие производители дают гарантию качества на свои устройства и изготавливают надежные, долговечные и безопасные автоматические выключатели. К самым популярным на сегодняшний момент относятся автоматы следующих производителей:

ABB – шведско-швейцарский бренд, выпускающий высококачественную электротехническую продукцию. Автоматические выключатели этой фирмы являются компактными, качественно собранными приборами, обеспечивающими надежную защиту электрической сети от аварийных ситуаций.
Schneider Electric – французская компания, продукция которой широко представлена в России. Автоматические выключатели этой фирмы имеют доступную цену, надёжны и долговечны, моментально срабатывают при превышении номинального тока.
Legrand – также является французской компанией с мировым именем. Часто фигурирует в рейтингах электротехнической продукции и заслуженно является одним из лучших производителей автоматических выключателей в Европе.
IEK – российская компания, автоматические выключатели которой выгодно отличаются по цене и являются устройствами приемлемого качества. Автоматы этой фирмы из отечественных устройств являются самыми популярными ввиду доступности и используются во многих квартирах и частных домах.

Читать еще: Таблица автоматических выключателей по току

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 короткого замыкания и токов 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.