Автоматический выключатель — устройство, принцип действия, назначение

Понравилось видео? Подписывайтесь на наш канал!

Итак, начнем с первого вопроса. Автоматический выключатель устанавливают для того, чтобы защитить кабели, провода, а также электроприборы от короткого замыкания (к.з.) и перегрузки.

История изобретения

Автомат защиты линии был изобретён американским учёным Чарлзом Графтоном Пэйджем в 1836 году. Первую конструкцию автоматического выключателя описал Эдисон в 1879 году, в то время как его коммерческая система электроснабжения использовала плавкие предохранители. Конструкция современных автоматических выключателей была запатентована швейцарской компанией Brown, Boveri & Cie в 1924 году.

Устройство автоматического выключателя

Модульный автоматический выключатель внешне представлен в виде корпуса и рычага управления, которые выполнены из ПВХ-пластиката пониженной горючести. Также невооруженным взглядом можно определить клеммы (нижняя и верхняя) для подключения кабеля или провода. Внутри же корпуса защитного аппарата размещаются следующие элементы:

•   силовые контакты (подвижный и неподвижный), обеспечивающие коммутацию;
•   механизм взвода и расцепления, который взаимосвязан с рычагом управления;
•   катушка (электромагнит) и подвижный сердечник (якорь), выполняющий функцию толкателя. Эти элементы являются электромагнитным расцепителем и обеспечивают защиту от токов к.з.;
•   дугогасительная камера. Данное устройство выполняет быстрое гашение дугового разряда, который образуется при размыкании контактов;
•   биметаллическая пластина. Данный элемент является тепловым расцепителем и обеспечивает защиту от повышенной нагрузки. Также имеется регулировочный винт, при помощи которого обеспечивается регулировка значения тока, при котором данный расцепитель должен сработать.

Роль в электрической цепи

Автоматический выключатель предназначен для защиты электрической цепи от перегрузки и токов короткого замыкания. Главным отличием от плавкой вставки является возможность многократного использования и стабильность уставки срабатывания.

Варианты исполнения

Автоматический выключатель в корпусе пробочного предохранителя
3-полюсный автомат защиты для непосредственного монтажа
Автоматические выключатели используемые в США
Автоматические выключатели советского производства

Модульный автоматический выключатель

Внутреннее устройство модульного автоматического выключателя

Автоматический выключатель, рассчитанный на небольшие токи, в настоящее время, чаще всего имеет модульную конструкцию, которая предназначена для крепления на DIN-рейку. Внутреннее устройство модульного автоматического выключателя показано на рисунке справа. Включение-выключение производится рычажком (1), провода подсоединяются к винтовым клеммам (2). Защелка (9) фиксирует корпус выключателя на DIN-рейке и позволяет при необходимости легко его снять (для этого нужно оттянуть защелку, вставив плоскую отвёртку в петлю защелки). Коммутацию цепи осуществляют подвижный (3) и неподвижный (4) контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие нажатия контактов во включённом состоянии и быстрое их отключение при срыве собачки механизма расцепления посредством одного из двух расцепителей: теплового (5) или электромагнитного (7). Во время расцепления контактов может возникнуть электрическая дуга, поэтому контакты имеют особую форму и находятся рядом с дугогасительной решёткой (8).

Принцип работы автоматического выключателя

Работа автоматического выключателя в различных режимах происходит по такому принципу:

1. Нормальный режим.

Во время взвода рычага управления выключателем приводится в движение механизма взвода и расцепления, тем самым осуществляя коммутацию силовых контактов.
После коммутации ток протекает от питающего провода или кабеля, подключенного к винтовому зажиму, через этот зажим по контактам, сначала по неподвижному, а затем и по подвижному. Далее ток проходит через гибкую связь, катушку электромагнита, снова через гибкую связь и биметаллическую пластину, и в конце через нижний винтовой зажим к отходящей линии, «питающей» электроприбор.

2. Короткое замыкание.

В данном режиме электромагнитный расцепитель автоматического выключателя должен произвести мгновенное отключение нагрузки. Принцип действия заключается в следующем: при значительном превышении номинального тока, протекающего через обмотку электромагнита, возникает мощное магнитное поле, которое тянет вниз якорь с подвижным контактом. Якорь в свою очередь надавливает на рычажок спускового механизма, в результате чего происходит отключение нагрузки.
Необходимо отметить, что в результате мгновенного возникновения магнитного поля автоматический выключатель успевает отключиться до появления нежелательных последствий.
Однако во время размыкания возможно возникновение дугового разряда между подвижным и неподвижным контактами. Дуга движется в сторону дугогасительной камеры. Попадая на пластины, дуга расщепляется, завлекается внутрь камеры и тухнет. Образовавшиеся продукты горения вместе с избыточным давлением выходят наружу через специальное отверстие в корпусе автомата.

3. Перегрузка.

За защиту от перегрузки отвечает тепловой расцепитель. Принцип работы данного расцепителя заключается в следующем: когда ток, протекающий через биметаллическую пластину, становится равным или больше установленного значения, пластина нагревается и постепенно изгибается. Достигнув определенного угла изгиба, она надавливает своим кончиком на рычажок спускового механизма. Таким образом автомат отключается.

Стоит отметить, что терморасцепитель, в отличие от магнитного, является более медлительным. Для его срабатывания требуется больше времени, но зато он более точный и легче поддается настройке.

Мы рассказали об устройстве и принципе работы автоматического выключателя. Также вы можете посмотреть наше видео, в котором детально показано, как устроен автомат и принцип его работы.

Конструкции автоматических выключателей

Существует довольно много различных конструкций автоматических выключателей как цепей переменного, так и цепей постоянного тока. В последнее время очень широкое распространение получили автоматы малогабаритные, которые предназначаются для защиты от КЗ и токовых перегрузок сетей бытовых и производственных в установках на токи до 50 А и напряжением до 380 В.

Главным защитным средством в таких выключателях являются биметаллические или электромагнитные элементы, срабатывающие с определенной выдержкой времени при нагревании. Автоматы, в которых присутствует электромагнит, обладают довольно большим быстродействием, и этот фактор очень важен при коротких замыканиях.

Ниже показан пробочный автомат на ток 6 А и напряжением не превышающим 250 В:

Где: 1 – электромагнит, 2 –пластина биметаллическая, 3, 4 – кнопки включения и выключения соответственно, 5 – расцепитель.

Биметаллическую пластину, как и электромагнит, включают в цепь последовательно. Если через автоматический выключатель протекает ток выше номинального, пластина начинает нагреваться. При длительном протекании превышающего тока пластина 2 деформируется в следствии нагрева, и воздействует на механизм расцепителя 5. При возникновении в цепи короткого замыкания электромагнит 1, мгновенно втянет сердечник и этим тоже воздействует на расцепитель, который разомкнет цепь. Также данный тип автомата отключается вручную путем нажатия кнопки 4, а включение только ручное путем нажатия кнопки 3. Механизм расцепления выполняется в виде ломающегося рычага или защелки. Принципиальная электрическая схема автомата показана ниже:

Где: 1 – электромагнит, 2 – биметаллическая пластина.

Принцип действия трехфазных автоматических выключателей практически ничем не отличается от однофазных. Трехфазные выключатели снабжаются специальными дугогасительными камерами или катушками, в зависимости от мощности устройств.

Ниже приведено видео подробно описывающее работу автоматического выключателя:

Литература

IEC 60947-2:2016. Low-voltage switchgear and controlgear. Part 2: Circuit-breakers. Edition 5.0. — Geneva: IEC, 2016‑06.
IEC 60898-1:2015. Electrical accessories. Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations. Part 1: Circuit-breakers for a. c. operation. Edition 2.0. — Geneva: IEC, 2015‑03.
IEC 60898-2:2016. Electrical accessories. Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations. Part 2: Circuit-breakers for AC and DC operation. Edition 2.0. — Geneva: IEC, 2016‑08.
IEC 60934:2013. Circuit-breakers for equipment (CBE). Edition 3.2. — Geneva: IEC, 2013‑01.
IEC 60050-442:1998. International Electrotechnical Vocabulary. Part 442: Electrical accessories. Edition 1.0. — Geneva: IEC, 1998‑11.
ГОСТ Р 50030.2-2010 (МЭК 60947-2:2006). Аппаратура распределения и управления низковольтная. Ч. 2. Автоматические выключатели.
ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003). Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Ч. 1. Автоматические выключатели для переменного тока.
ГОСТ IEC 60898-2-2011. Выключатели автоматические для защиты от сверхтоков электроустановок бытового и аналогичного назначения. Ч. 2. Выключатели автоматические для переменного и постоянного тока.
ГОСТ Р 50031-2012 (МЭК 60934:2007). Автоматические выключатели для электрооборудования (АВО).
ГОСТ IEC 60050-442-2015. Международный электротехнический словарь. Ч. 442. Электрические аксессуары.
Харечко Ю. В. Защитные устройства модульного исполнения. — М.: ООО «АББ Индустри и Стройтехника», 2008. — 336 с.
Харечко Ю. В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 5// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». — 2017. — № 2. — 160 c.
Пищур А. П. Оборудование в эксплуатации. Ремонт, ретрофит или полная замена автоматических выключателей? // Журнал «Новости ЭлектроТехники». — 2010. — № 4 (64).
Пищур А. П. Современные автоматические выключатели // Журнал «Энерго-Инфо». — ООО «АЗБУКА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА» (официальное представительство TERASAKI), 2012. — № 1 (60).