Автоматы электрические разновидности

Виды автоматических выключателей — какие бывают автоматы

Автоматическими выключателями называются устройства, задача которых состоит в защите электрической линии от воздействия мощного тока, способного вызвать перегрев кабеля с дальнейшим оплавлением изоляционного слоя и возгоранием. Возрастание силы тока может быть вызвано слишком большой нагрузкой, что происходит при превышении суммарной мощностью устройств той величины, которую кабель может выдержать по своему сечению – в этом случае отключение автомата происходит не сразу, а после того, как провод нагреется до определенного уровня. При КЗ ток возрастает многократно в течение доли секунды, и устройство тут же реагирует на него, мгновенно прекращая подачу электричества в цепь. В этом материале мы расскажем, какими бывают типы автоматических выключателей и их характеристики.

Назначение приборов

Основная функция, возлагаемая на автоматические выключатели, сводится к защите кабеля от коротких замыканий и его перегрузки. Кроме этого, в комплекс задач для устройства входит:

• пропускание тока номинальной нагрузки при его длительном использовании;
• стабильное поддержание потенциала напряжения сети с гарантией ее изоляции;
• возможность ручного управления состоянием силового контакта;
• способность определения момента возникновения перегрузки и обеспечение необходимого времени для безопасной работы, после чего питание снимается с подключенных потребителей.

Важно правильно подбирать тип электрических автоматов с учетом технических характеристик сети, так как частое отключение электросети чревато губительными последствиями для подключенных приборов.

Для этого стоит понять, как работает автоматический выключатель. Прибор, рассчитанный на высокую мощность, не всегда уместен, так как опасная ситуация для бытового помещения может не распознаться. Сила тока, выходящая за пределы допустимой для кабеля нормы, чаще не определяется автоматическим выключателем как аварийное положение. Тогда короткое замыкание может вызываться расплавлением изоляции, но к этому времени есть риск возникновения возгорания. Устройство автоматического выключателя меньшей мощностью способно часто и регулярно останавливать подачу напряжения на потребителя. В результате автомат перестанет функционировать из-за выхода из строя контактов.

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.

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.

Как выбрать

Выбирать аппарат нужно по количеству номинального тока, полюсов, характеристики времени срабатывания и отключающей способности. Также, конечно, необходимо смотреть на бренд, маркировку и цену устройства.

Обратите внимание! При выборе стоит отталкиваться от суммарного количества мощностей электрооборудования.

Определение мощности автомата

Определить, какая нужна мощность оборудования, можно, суммировав все реальные мощности каждого отдельного электроаппарата, включенного в одну сеть. Выявить это также можно через таблицу, приведенную ниже. Данные приведены средние по нормативным документам.

Важно понимать, что может понадобиться больше электроэнергии и соответствующая большая сила агрегата, поскольку могут быть куплены дополнительные приборы, которые раннее в расчет не принимались.

Таблица мощности бытовых приборов и инструментов

Расчет номинальной мощности автомата

Вычислить номинальную силу или ту мощность, при которой проводка не отключится, можно по формуле M = N * CT * cos(φ), где M является силой в ваттах; N — напряжением электрической сети в вольтах; СТ — токовой энергией, которая способна появится в аппарате; cos(φ) — значением косинуса угла фазы с напряжением.

Вычисление номинального тока

Узнать номинальную токовую энергию можно, посмотрев документацию электрической проводки. Для расчета без нее нужно знать площадь проводникового сечения и способ ее прокладки.

Обратите внимание! Далее значения нужно подставить в формулу S = 0,785 * D * D, где D является проводниковым диаметром; S — площадью проводникового сечения.

Определение время-токовой характеристики

Для правильного вычисления токовой характеристики по времени необходимо считывание пусковых токов. Чтобы все выяснить, стоит воспользоваться следующей таблицей ниже.

Тип электромагнитного расцепителя

Автомат должен срабатывать при повышении тока выше определенной отметки. Но в сети периодически возникают кратковременные перегрузки. Обычно они связаны с пусковыми токами. Например, такие перегрузки могут наблюдаться при включении компрессора холодильника, мотора стиральной машины и т.д. Автоматический выключатель при таких временных и краткосрочных перегрузках отключаться не должен, потому у них есть определенная задержка на срабатывание.

Но если ток возрос не из-за перегрузки а из-за КЗ, то за время, которое «выжидает» автоматический выключатель, контакты его расплавятся. Вот для этого и существует электромагнитный автоматический расцепитель. Он срабатывает при определенной величине тока, которая уже не может быть перегрузкой. Этот показатель называют еще током отсечки, так как в этом случае автоматический выключатель отсекает линию от электропитания. Величина тока срабатывания может быть разной и отображается буквами, которые стоят перед цифрами, обозначающими номинал автомата.

Есть три самых ходовых типа:

• B — срабатывает при превышении номинального тока в 3-5 раз;
• C — если он превышен в 5-10 раз;
• D — если больше в 10-20 раз.

Класс автомата или тока отсечки

С какой же характеристикой выбрать пакетник? В данном случае выбор автомата защиты также основывается на отдаленности вашего домовладения от подстанции и состояния электросетей выбор автомата защиты проводят ползуясь простыми правилами:

• С буквой «B» на корпусе подходят для дач, домов селах и поселках, которые получают электропитание через воздушки. Также их можно ставить в квартиры старых домов, в которых реконструкция внутридомовой электросети не производилась. Эти защитные автоматы далеко не всегда есть в продаже, стоят немного дороже категории С, но могут доставляться под заказ.
• Пакетники с «C» на корпусе — это наиболее широко распространенный вариант. Они ставятся в сетях с нормальным состоянием, подходят для квартир в новостройках или после капремонта, в частных домах недалеко от подстанции.
• Класс D ставят на предприятиях, в мастерских с оборудованием, имеющим высокие пусковые токи.

То есть по сути выбор автомата защиты в этом случае прост — для большинства случаев подходит тип C. Он и есть в магазинах в большом ассортименте.

Назначение и разновидности автоматов

Автоматический выключатель – предохранительное устройство, которое перекрывает поступление тока в проводку при перегрузке в сети и/или коротком замыкании. Это происходит с помощью расцепителя. Он бывает трех видов, от которых зависит прямое назначение выключателя.

Тепловой служит для защиты от перегрузок в сети, представляет собой биметаллическую пластину теплового реле. При превышении значения номинального тока она нагревается, расширяется и выгибается, толкая рычаг, который разрывает соединение.

Второй тип – электромагнитный. Это система из катушки, сердечника и пружины, предназначенная для защиты от короткого замыкания. При резком увеличении силы тока, проходящего через катушку, меняется магнитное поле, это в свою очередь меняет положение сердечника, приводя к сжатию пружины и срабатыванию рычага.

Есть и универсальный вариант — комбинированный. Он объединяет в себе оба вышеописанных механизма, защищая одновременно и от перегрузок, и от скачков напряжения.

По конструкции автоматические выключатели разделяются на несколько разновидностей в зависимости от силы тока, на которую они рассчитаны:

• воздушный – от 800 до 6300 А;
• в литом корпусе – от 10 до 2500 А;
• модульный – от 0,5 до 125 А.

Последний является одним из самых распространенных. При его выборе следует отметить, что он доступен по цене и прост в использовании и монтаже. Применяется в квартирах, частных домах и офисах. Устройства в литом корпусе и воздушные чаще устанавливаются на промышленных предприятиях и имеют более высокую цену.

Есть разделение автоматических выключателей и по времени срабатывания. Это характеристика, которая определяет скорость расцепления. В зависимости от её значения выделяют опять же три типа. Первый – нормальные (0,02-0,1 с), далее идут селективные (до 1 с) и быстродействующие с токоограничивающим эффектом (до 0,05 с). Последние являются особо долговечными и эффективными. Такой автомат срабатывает перед самой перегрузкой, до сильного повышения тока. Для выбора по данному параметру необходимо учесть силу перегрузок, которые могут возникнуть, и их частоту. Чем они выше и чем чаще происходят, тем быстрее устройство должно на них реагировать.

Расчетная мощность

С коротким замыканием все понятно. Это соединение фазы и ноль, при котором резко поднимается сила тока. Тут автомат срабатывает быстро, то есть, в действие приводится электромагнитный расцепитель. А чтобы не развился пожар, внутри прибора устраивается дугогасительная камера.

С перегрузкой все по-другому. Во-первых, необходимо решить вопрос, как рассчитать мощность автомата, которая бы соответствовала суммарной мощности электрических приборов, запитанных на сеть, где установлен сам автомат. По сути, ток, выдерживающий автомат, должен быть меньше, чем сила тока в контуре. Существуют определенные показатели, которые зависят друг от друга.

Расчет необходимой мощности автомата

• В контуре освещения обычно используется медный кабель сечением 1,5 мм² и монтируется автомат 16 А.
• На розетки выводится кабель сечением 2,5 мм² и устанавливается автоматический выключатель 25 А.
• Если оба кабеля прокладываются по воздуху, то есть проводится открытая разводка, то для них соответственно устанавливаются автоматы 19 А и 27 А.

Во-вторых, перегрузка может действовать длительное время. Она может расти медленно, поэтому в данных автоматах срабатывает тепловой расцепитель. По сути, это биметаллическая пластина, которая под действием температуры выгибается, тем самым разрывая цепь. В этом случае автомат срабатывает лишь в том случае, если сила тока превышает номинальный минимум в три раза.

Чтобы избежать перегрузки, необходимо подсчитать мощность всех используемых бытовых приборов, к примеру, на кухне. У каждого из них она указана на бирке или в техдокументации. Поэтому сложить все и узнать потребляемую мощность будет несложно. Далее расчет ведется по известному со школьной скамьи закону Ома. Он гласит, что сила тока равна мощности, деленной на напряжение в сети. К примеру, суммарная мощность всех агрегатов равна 5 кВт, напряжение 220 В. В итоге получается, что сила тока должна быть 5000/220=22,7 А. Значит, вам необходим автомат 25 А.

Маркировка

Маркировка автоматов достаточно разнообразна. В ней присутствуют как буквенная маркировка, так и цифровая. Что они обозначают?

• Серия А – используется в цепях, где перегрузки возникнуть не могут или их отклонения от номинала составляет 30%.
• В – устанавливаются в сетях, где номинальный ток может быть ниже фактического в три раза. При таких ситуациях электромагнитный выключатель отключается за 0,015 секунд, а тепловой за 4-5 секунд.
• С – это самый распространенный тип. Он может выдерживать перегруз более пяти номинальных показателей. При этом тепловой расцепитель отключается через 1,5 секунд.

Есть серии «D», «К» и «Z». В жилом секторе они не устанавливаются.

Важно! В жилых и офисных помещениях лучше всего использовать автоматы серии «В» или «С». «А» – устаревшая конструкция, которая постепенно выводится из производства.

Теперь что касается буквенной маркировки. Для этого придется разобрать пример. Маркировка «С32». Что это обозначает?

• «С» – это кратность тока, который кратковременно проходит через прибор. По сути, это и есть серия.
• 32 – это номинальная сила тока, обозначается в амперах. Это долговременный показатель.

Ведущие бренды и производители

Лидерами в производстве автоматических выключателей являются следующие бренды:

1. SIEMENS (Германия).
2. ABB (Германия).
3. Schneider Electric (Франция).
4. Legrand (Франция).
5. Hager (Германия).
6. Schrack Technick (Австрия).
7. Eaton (США).
8. General Electric (США).
9. ETI (Словения).

Это известные бренды, производящие любого вида автоматы электрические. Они отличаются высоким качеством корпуса, большим сроком службы и высокой механической прочностью. Нередко на них дополнительно устанавливаются защитные крышки. Эти производители выпускают свои устройства из добротных материалов. Их качество подтверждается сертификатами и сроком гарантии, которую дают производители на свою продукцию.