Автоматы выключения электричества

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.

Зачем нужны автоматы для электропроводки

Прежде чем разобраться, какие автоматы лучше и надежнее для квартирной электропроводки, следует выяснить, зачем вообще нужны эти устройства. Причины, по которым лучше приобрести автомат для квартиры:

• В случае возникновения аварийной или нештатной ситуации легче установить причину, при условии, что защита установлена на каждой линии.
• Осветительные приборы отключатся лишь в одной комнате, а не по всей квартире, следовательно, не будет необходимости в полной темноте искать альтернативные источники освещения. То же самое касается розеток. Если на линии, где работает холодильник, произошли неполадки, водонагревательный бак продолжит работу в штатном режиме.

В сравнении с пробками, оснащенными плавкими вставками, и автоматическими пробками, автоматы имеют много преимуществ.

Определяемся с номиналом

Собственно, из функций защитного автомата и следует правило определения номинала автомата защиты: он должен срабатывать до того момента, когда ток превысит возможности проводки. А это значит, что токовый номинал автомата должен быть меньше чем максимальный ток, который выдерживает проводка.

На каждую линию требуется правильно выбрать автомат защиты

Исходя из этого, алгоритм выбора автомата защиты прост:

• Рассчитываете сечение проводки для конкретного участка.
• Смотрите, какой максимальный ток выдерживает данный кабель (есть в таблице).
• Далее из всех номиналов защитных автоматов выбираем ближайший меньший. Номиналы автоматов привязаны к допустимым длительным токам нагрузки для конкретного кабеля — они имеют немного меньший номинал (есть в таблице). Выглядит перечень номиналов следующим образом: 16 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А. Вот из этого списка и выбираете подходящий. Есть номиналы и меньше, но они уже практически не используются — слишком много электроприборов у нас появилось и имеют они немалую мощность.

Пример

Алгоритм очень прост, но работает безошибочно. Чтобы было понятнее, давайте разберем на примере. Ниже приведена таблица в которой указаны максимально допустимый ток для проводников, которые используют при прокладке проводки в доме и квартире. Там же даны рекомендации относительно использования автоматов. Они даны в колонке «Номинальный ток автомата защиты». Именно там ищем номиналы — он немного меньше предельно допустимого, чтобы проводка работала в нормальном режиме.

В таблице находим выбранное сечение провода для данной линии. Пусть нам необходимо проложить кабель сечением 2,5 мм 2 (наиболее распространенный при прокладке к приборам средней мощности). Проводник с таким сечением может выдержать ток в 27 А, а рекомендуемый номинал автомата — 16 А.

Как будет тогда работать цепь? До тех пор, пока ток не превышает 25 А автомат не отключается, все работает в штатном режиме — проводник греется, но не до критических величин. Когда ток нагрузки начинает возрастать и превышает 25 А, автомат еще некоторое время не отключается — возможно это стартовые токи и они кратковременны. Отключается он если достаточно длительное время ток превысит 25 А на 13%. В данном случае — если он достигнет 28,25 А. Тогда электропакетник сработает, обесточит ветку, так как это ток уже представляет угрозу для проводника и его изоляции.

Расчет по мощности

Можно ли выбрать автомат по мощности нагрузки? Если к линии электропитания будет подключено только одно устройство (обычно это крупная бытовая техника с большой потребляемой мощностью), то допустимо сделать расчет по мощности этого оборудования. Так же по мощности можно выбрать вводный автомат, который устанавливается на входе в дом или в квартиру.

Если ищем номинал вводного автомата, необходимо сложить мощности всех приборов, которые будут подключены к домовой сети. Затем найденная суммарная мощность подставляется в формулу, находится рабочий ток для этой нагрузки.

Формула для вычисления тока по суммарной мощности

После того, как нашли ток, выбираем номинал . Он может быть или чуть больше или чуть меньше найденного значения. Главное, чтобы его ток отключения не превышал предельно допустимый ток для данной проводки.

Когда можно пользоваться данным методом? Если проводка заложена с большим запасом (это неплохо, кстати). Тогда в целях экономии можно установить автоматически выключатели соответствующие нагрузке, а не сечению проводников. Но еще раз обращаем внимание, что длительно допустимый ток для нагрузки должен быть больше предельного тока защитного автомата. Только тогда выбор автомата защиты будет правильным.

Классификация по времятоковому показателю

Количество ложных срабатываний автоматов при неравномерной нагрузке на сеть оптимизируется благодаря разной скорости реагирования на превышение номинального тока. Зависимость времени отключения сети от силы протекающего тока определяет следующие виды автоматических выключателей:

• A. Встречается у европейских изготовителей. Самая чувствительная модель. На отклонение от нормы отзывается мгновенно. Обычно используется для защиты линий с подключенным высокоточным оборудованием. (Номинал тока 2-3). Устанавливаются редко.
• B. Предусмотрен для помещений, оснащенных старой алюминиевой проводкой. Подходит для длинных линий, осветительных линий или цепей без возможных резких перепадов напряжения. Отключается с незначительной задержкой в 5-20 секунд при токе номиналом 3-5.
• C. Чаще встречается в современных квартирах для защиты розеточных линий, в которые подключается достаточное количество электрооборудования (стиральные, посудомоечные машины, морозильные камеры, обогреватели, микроволновые печи, ЖК-телевизоры). Отключение происходит на 1-10 секунде при токе кратном 5-10. Такой принцип нужен для стабилизации работы при незначительном перепаде.
• D. Защита оптимальна для линий с трансформаторами или большими пусковыми токами. Автоматические выключатели этого класса нельзя подключать к потребителям, ориентированным на работу с защитой классов C и B. При 10-20 номинальном токе отключается за 1-10 секунд. Наиболее низкая чувствительность к увеличению тока. Иногда принято устанавливать на самом здании с целью подстраховки квартирных автоматов. Если те вдруг не сработают, то произойдет отключение от сети всего здания.

Это самые распространенные типы. Ряд производственных моделей дополнен еще тремя группами: L, K и Z.

Здесь мы представляем вашему вниманию редкие и практически единичные случаи, информация о которых, тем не менее, может оказаться полезной:

• Сгорание лампочки. Однократное выключение автомата при перегорании лампочки можно отнести к категории «штатных» ситуаций, так как при сгорании лампы в сети создаётся кратковременная нагрузка, которую не выдерживает автомат на 6-10 А. Кстати, светодиодные и люминесцентные лампы не оказывают такого действия на сеть;
• Включение стабилизатора. Есть информация, что иногда случается и такое – автомат выбивает при включении стабилизатора напряжения. Причиной может стать некачественный стабилизатор или реакция автомата на кратковременную величину тока, превышающую номинал;
• Неправильное подключение автомата. Если жилы плохо притянуты к клеммам, они могут нагреваться в этом месте и запускать тепловой расцепитель. Здесь рекомендуется проводить визуальный осмотр на предмет обнаружения подплавленного корпуса и изоляции. В зависимости от степени расплавленности пластика решают вопрос – заменить на новый иди просто подтянуть жилы в имеющемся;
• Последствия затопления квартиры. При затоплении вода, попадая на изоляцию, смывает клейкий слой с изоленты, в результате чего она расклеивается. Всё это приводит к замыканию контактов. Потому после потопа рекомендуется проводить тщательную ревизию, чтобы предупредить отключения автомата.

Как устроен автоматический выключатель

Проводка и электроприборы рассчитаны на определенную силу тока. Однако иногда в сети случаются неисправности – перегрузки и короткие замыкания – и сила тока может вырасти за доли секунды в тысячи раз, тогда провода перегреются, а изоляция – расплавится и может загореться. Но если на проводе установлен автоматический выключатель (или как его еще называют, «автомат»), он этого не допустит. При коротком замыкании или перегрузке сети он прекратит подачу тока.

Главный элемент каждого выключателя – расцепитель. Из названия понятно, что его задача – размыкать электрическую цепь при превышении силы тока.

В современных выключателях используется сочетание двух типов расцепителей: теплового и электромагнитного. Первый срабатывает медленно и защищает проводку от перегрузок сети – незначительного превышения силы тока, которое, тем не менее, нагревает провода. Второй расцепитель – электромагнитный – мгновенно размыкает сеть при резком скачке тока в случае короткого замыкания.

Все бытовые автоматы устроены примерно одинаково, но отличаются своими характеристиками.

Типы расцепителей

Расцепители являются основными рабочими компонентами АВ. Задача их состоит в том, чтобы при превышении допустимой величины тока разорвать цепь, тем самым прекратив подачу в нее электроэнергии. Существует два основных типа этих устройств, отличающихся друг от друга по принципу расцепления:

• Электромагнитные.
• Тепловые.

Расцепители электромагнитного типа обеспечивают практически моментальное срабатывание автоматического выключателя и обесточивание участка цепи при возникновении в нем сверхтока короткого замыкания.

Они представляют собой катушку (соленоид) с сердечником, втягивающимся внутрь под воздействием тока большой величины и заставляющим срабатывать отключающий элемент.

Основная часть теплового расцепителя – биметаллическая пластина. Когда через автомат проходит ток, превышающий номинальную величину защитного устройства, пластина начинает нагреваться и, изгибаясь в сторону, касается отключающего элемента, который срабатывает и обесточивает цепь. Время на срабатывание теплового расцепителя зависит от величины проходящего по пластине тока перегрузки.

Некоторые современные устройства оснащаются в качестве дополнения минимальными (нулевыми) расцепителями. Они выполняют функцию выключения АВ, когда напряжение падает ниже предельного значения, соответствующего техническим данным устройства. Существуют также дистанционные расцепители, с помощью которых можно не только отключать, но и включать АВ, даже не подходя к распределительному щиту.

Наличие этих опций значительно увеличивает стоимость аппарата.

Действия при отключении автомата

Неопытные пользователи при отключении сети автоматом спешат восстановить подачу напряжения включением устройства. Но не рекомендуется включать аппарат, не установив причину отключения.

Автомат может срабатывать по следующим причинам:

• перегрев розеток и выключателей в результате неплотного контакта;
• избыточная нагрузка в связи с включением одновременно нескольких мощных потребителей;
• плохой контакт в соединениях проводки.

Чтобы установить неисправность, необходимо осмотреть домашнюю сеть, убедиться в отсутствии нагрева, запаха горелой пластмассы. Если место нагрева установлено, выполняется необходимый ремонт.

При срабатывании от избыточной нагрузки, требуется ограничить количество включённых потребляющих приборов. Устройство включается после полной проверки сети и устранения причины отключения.

Возможно срабатывание устройства по причине его выхода из строя, что определяется путём визуального осмотра выключателя. Если присутствует нагрев контактов, следы тепловой деформации, обугливание клемм, автомат подлежит замене.

Если аппарат сработал несколько раз на предельную нагрузку, дальнейшая его эксплуатация нецелесообразна по причине вероятного износа. В этом случае необходимо заменить устройство.

Исправные и правильно подобранные автоматические выключатели обеспечат штатную работу домашней электросети, исключив опасность повреждения бытовой техники. Но если у владельца отсутствуют навыки электрика, стоит обратиться к квалифицированному электромонтёру для установки или замены автоматов.