Призначення і пристрій автоматичних вимикачів. Школа для електрика: все про електротехніки та електроніки Призначення і конструкція автоматичних вимикачів
Як працює автоматичний вимикач
Нормальний робочий режим автомата при номінальному або низькому струмі. Робочий струм проходить по верхній клеми автомата, через підвісний контакт, по котушці електромагнітного розчеплювача, потім проходить теплової механізм розчеплювача і нижню клему автомата. При розмірах струму перевищують номінал, спрацьовує електромагнітна або тепловий захист.
Різновиди автоматичних вимикачів
З метою захисту від перевантаження по струму в автоматі використовується тепловий расцепитель як захист від перевантаження, – це биметаллическая вузька смуга пластини зібрана з двох типів сплавів, що мають різні коефіцієнти температурного розширення.
Складова биметаллическая пластина нагрівається струмом, що протікає і вигинається в бік металу з маленьким розширенням. Коли струм більше номінальної величини, то з часом пластина вигинається настільки, що цього вигину вистачає для реагування теплового захисту. Час, при якому зреагує расцепитель, залежить від ступеня перевищення щодо номінального струму.
При значному збільшенні від номіналу струму, тепловий захист відключить автомат швидше, ніж при малому перевищенні від номіналу. Другий тип захисту автомата спрацьовує на коротке замикання в навантаженні – це електромагнітний расцепитель. Він складається з мідної котушки з металевим сердечником. Щодо величини проходить струму зростає і електромагнітне поля котушки, яке намагнічує сталевий сердечник.
Демонстрація механізмів автомата
Намагнічений сердечник притягається, долаючи зусилля утримує його пружини, штовхає механізм електромагнітної захисту і розриває контакти. Номінального струму і струму трохи вище не вистачає для намагніченості осердя, щоб спрацював механізм розчеплювача. А струм короткого замикання створює намагніченість осердя достатню для відключення автомата за соті частки секунди або навіть менше.
Захист автомата при різних перевантаженнях
Механізм теплового розчеплювача не спрацює при невеликому і недовгому струмі вище номінального. При великій тривалості струму більше номінального спрацює тепловий расцепитель. Час, відключення автомата теплової захистом, може доходити до першої години.
Механізми автоматичного вимикача
Тимчасова затримка дозволяє не відключати автомати при значних пускових токах двигуна і короткочасних кидках струму. теплових расцепителей залежить також від навколишньої температури. При підвищених температурах тепловий захист відпрацює швидше, ніж на холоді.
Викликати перевантаження можна включенням декількох побутових приладів – це чайник, пральна машина, кондиціонер, електроплита. При перевантаженні автомат відключається, але відразу включити його неможливо, потрібно чекати, щоб охолола биметаллическая пластина.
Робота автомата при короткому замиканні
Великі струми короткого замикання можуть оплавити електропроводку або спалити ізоляцію. Щоб зберегти електропроводку, використовують електромагнітний расцепитель . При коротких замикань механіка електромагнітного розчеплювача спрацьовує миттєво, захищаючи електропроводку, і вона не встигає нагрітися.
Однак під час розмикання контактів з’являється електрична дуга з величезною температурою. Для захисту від обгорання контактів, руйнування корпусу призначена дугогасильні камери. Конструктивно камера складається з елемента з набором мідних тонких пластин з невеликим проміжком.
Електромагнітна і тепловий захист автоматичного вимикача
Електрична дуга торкаючись набору пластин через мідний провід з’єднаний з контактом, розсипається на частини, остигає і зникає.При короткому замиканні утворюються гази, які виходять через отвори в камері. Для повторного включення автомата, потрібно усунути причину короткого замикання, або автомат знову виб’ет.
Винуватця короткого замикання можна визначити послідовним виключенням побутових електроприладів. Але якщо після відключення всіх приладів коротке замикання жевріє, то велика ймовірність його походження в електропроводці. Стан короткого замикання можуть викликати освітлювання прилади, які також необхідно відключати.
Як працює автоматичний вимикач
Автоматичні вимикачі (вимикачі, автомати) є комутаційними електричними апаратами, призначеними для проведення струму ланцюга в нормальних режимах і для автоматичного захисту електричних мереж і обладнання від аварійних режимів (струмів короткого замикання, струмів перевантаження, зниження або зникнення напруги, зміни напрямку струму, виникнення магнітного поля потужних генераторів в аварійних умовах і ін.), а також для нечасто комутації номінальних струмів (6-30 раз на добу).
Завдяки простоті, зручності, безпеки обслуговування і надійності захисту від струмів короткого замикання ці апарати широко застосовуються в електричних установках малої і великої потужності.
Автоматичні вимикачі відносяться до комутаційних апаратів ручного керування, проте багато типів мають електромагнітний або електродвигунні привід, що дає можливість управляти ними на відстані.
Вимикаються автомати зазвичай вручну (приводом або дистанційно), а при порушенні нормального режиму експлуатації (поява надструмів або зниження напруги) – автоматично. При цьому кожен автомат забезпечується расцепителем максимального, а в деяких типах расцепителем мінімальної напруги.
По виконуваних функцій захисту автоматичні вимикачі діляться на автомати: максимального струму, зниження напруги і зворотного потужності.
Автомати максимального струму служать для автоматичного розмикання електричного кола при виникненні в ній струмів короткого замикання і перевантажень понад встановлену межу. Замінюючи собою, рубильник і плавкий запобіжник, вони забезпечують більш надійну і виборчу захист при нештатних режимах.
Якщо умови середовища відмінні від нормальних (вологість повітря вище 85% і в ньому містяться домішки шкідливих парів), то автоматичні вимикачі слід поміщати в ящики і шафи пилевлагонепроніцаемого і химостойкие виконання.
Класифікація
Автоматичні вимикачі поділяються на:
- установчі автоматичні вимикачі мають захисний ізоляційний (пластмасовий) корпус і можуть встановлюватися в загальнодоступних місцях;
- універсальні – не мають такого корпусу і призначені для установки в розподільних пристроях;
- швидкодіючі (власний час спрацьовування не перевищує 5 мс);
- небистродействующіе (від 10 до 100 мс);
Швидкодія забезпечується самим принципом дії (поляризований електромагнітний або индукционно-динамічний принципи і ін.), А також умовами для швидкого гасіння електричної дуги. Подібний принцип використовується в токоограничивающих автоматах;
- селективні, мають регульований час спрацьовування в зоні струмів короткого замикання;
- автомати зворотного струму, що спрацьовують тільки при зміні напрямку струму в захищається ланцюга;
- Поляризовані автомати відключають ланцюг тільки при наростанні струму в прямому напрямку, неполяризовані – при будь-якому напрямку струму.
Особливості конструкції і принцип дії автомата визначаються його призначенням і сферою застосування.
Включення і вимикання автомата може здійснюватися вручну, електродвигунні або електромагнітним приводом.
Ручний привід застосовується при номінальних токах до 1000 А і забезпечує гарантовану граничну комутаційну здатність незалежно від швидкості руху включає рукоятки (оператор повинен робити операцію включення рішуче: почавши – доводити до кінця).
Електромагнітний і електродвигунні приводи живляться від джерел напруги. Схема управління приводу повинна мати захист від повторного включення на короткозамкнутую ланцюг, при цьому процес включення автомата на граничні струми короткого замикання повинен припинитися при напрузі живлення 85 – 110% від номінального.
При перевантаженнях і струмах короткого замикання відключення вимикача проводиться незалежно від того, чи втримується рукоятка управління у включеному положенні.
Важливою складовою частиною автомата є расцепитель, який контролює заданий параметр захищається ланцюга і впливає на розчіплювати пристрій, що відключає автомат. Крім того, расцепитель дозволяє виробляти дистанційне відключення автомата. Найбільш широкого поширення набули расцепители наступних типів:
- електромагнітні для захисту від струмів короткого замикання;
- теплові для захисту від перевантажень;
- комбіновані;
- напівпровідникові, що володіють великою стабільністю параметрів спрацьовування та зручністю в налаштуванні.
Для комутації ланцюга без струму або для рідкісних комутацій номінального струму можуть застосовуватися автомати без расцепителей.
Випускаються промисловістю серії автоматичних вимикачів розраховані на застосування в різних кліматичних поясах, розміщення в місцях з різними умовами експлуатації, на роботу в умовах, різних за механічним впливам і по вибухонебезпечності середовища, і володіють різною.
Інформація про конкретні типи апаратів, їх типовиконання і типорозмірах приведена в нормативно-технічних документах. Як правило, таким документом є Технічні умови (ТУ) заводу. У деяких випадках з метою уніфікації для виробів, що мають широке застосування і вироблених кількома підприємствами, рівень документа підвищується (іноді до рівня Державного стандарту).
Автоматичні вимикачі складаються з наступних основних вузлів:
- контактної системи;
- дугогасительной системи;
- расцепителей;
- механізму управління;
- механізму вільного розчеплення.
Контактна система складається з нерухомих контактів, закріплених в корпусі, і рухливих контактів, шарнірно посаджених на півосі важеля механізму управління, і забезпечує, зазвичай, одинарний розрив ланцюга.
Дугогасительноє пристрій встановлюється в кожному полюсі вимикача і призначається для локалізації електричної дуги в обмеженому обсязі. Воно являє собою дугогасительную камеру з деіонной гратами зі сталевих пластин. Можуть бути передбачені також іскрогасники, що представляють собою фіброві пластини.
Механізм вільного розчеплення є шарнірний 3 або 4-ланок механізму, який забезпечує розчіплювання і відключення контактної системи як при автоматичному, так і при ручному управлінні.
Електромагнітний максимальний расцепитель струму, що представляє собою електромагніт з якорем, забезпечує автоматичне відключення вимикача при токах короткого замикання, що перевищують уставку по току. Електромагнітні расцепители струму з пристроєм гідравлічного уповільнення спрацьовування мають зворотнозалежну від струму витримку часу для захисту від струмів перевантаження.
Тепловий максимальний расцепитель є термобиметаллический пластину. При токах перевантаження деформація і зусилля цієї пластини забезпечують автоматичне відключення вимикача. Витримка часу відбувається із зростанням струму.
Напівпровідникові расцепители складаються з вимірювального елемента, блоку напівпровідникових реле і вихідного електромагніту, що впливає на механізм вільного розчеплення автомата.В якості вимірювального елемента використовується трансформатор струму (на змінному струмі) або дросельний магнітний підсилювач (на постійному струмі).
Напівпровідниковий расцепитель струму допускає регулювання наступних параметрів:
- номінального струму розчеплювача;
- уставки по струму спрацьовування в зоні струмів короткого замикання (струм відсічення);
- уставки за часом спрацьовування в зоні струмів перевантаження;
- уставки за часом спрацьовування в зоні струмів короткого замикання (для селективних вимикачів).
У багатьох автоматах застосовують комбіновані расцепители, що використовують теплові елементи для захисту від струмів перевантажень і електромагнітні для захисту від струмів коротких замикань без витримки часу (відсічення).
Вимикач має також додаткові складальні одиниці, які вбудовуються в вимикач або кріпляться до нього зовні. Ними можуть бути незалежний, нульовий і мінімальний расцепители, вільні і допоміжні контакти, ручний і електромагнітний дистанційний привід, сигналізація автоматичного відключення, пристрій для замикання вимикача в положенні “вимкнено”.
Незалежний расцепитель є електромагніт з живленням від стороннього джерела напруги. Мінімальний і нульовий расцепители можуть виконуватися з витримкою часу і без витримки часу. За допомогою незалежного або мінімального розчеплювача можливо дистанційне відключення автомата.
Умови експлуатації
Автоматичні вимикачі випускаються в виконаннях з різним ступенем захисту від дотиків і зовнішніх впливів (IPOO, IP20, IP30, IP54). При цьому ступінь захисту затискачів для приєднання зовнішніх провідників може бути нижче ступеня захисту оболонки вимикача.
Вимикачі виготовляють в 5-ти кліматичних виконаннях і 5-ти категорій розміщення, що кодується буквами У, УХЛ, Т, М, ОМ і цифрами 1,2,3,4,5.
Вимикачі розраховані для роботи в тривалому режимі в наступних умовах:
- установка на висоті не більше 1000 м над рівнем моря (вимикачі серії АП50 і АЕ1000 – на висоті не більше 2000 м над рівнем моря);
- температура навколишнього повітря від – 40 (без випадання роси і інею) до + 40 ° С (для вимикачів серії АЕ1000 – від +5 до + 40 ° С);
- відносна вологість навколишнього середовища не більше 90% при 20 ° С і не більше 50% при 40 ° С;
- навколишнє середовище – не вибухонебезпечне, яка не містить пилу (в тому числі токопроводящей) в кількості, що порушує роботу вимикача, і агресивних газів і пари в концентраціях, що руйнують метали і ізоляцію;
- місце установки вимикача – захищене від попадання води, масла, емульсії і т.п .;
- відсутність безпосереднього впливу сонячної і радіоактивної радіації;
- відсутність різких поштовхів (ударів) і сильною трясіння; допускається вібрація місць кріплення вимикачів з частотою до 100 Гц при прискоренні не більше 0,7 g.
Групи умов експлуатації електротехнічних виробів в частині впливу механічних факторів зовнішнього середовища визначені ГОСТ 17516.1-90. Відповідно до даних каталогів автоматичні вимикачі призначені для експлуатації в групах Ml, М2, МЗ, М4, Мб, М9, М19, М25.
За технікою безпеки автоматичні вимикачі відповідають ГОСТ 12.2.007.0-75 і ГОСТ 12.2.007.6-75, вимогам “Правил влаштування електроустановок” і забезпечують умови експлуатації, встановлені “Правилами технічної експлуатації установок споживачем” і “Правилами техніки безпеки при експлуатації електроустановок споживачем”, затвердженими Держенергонаглядом 21.12.94 р частині захисту від струмів витоку вимикачі відповідають вимогам ГОСТ 12.1.038-82.
Експлуатація в неробочому стані (зберігання і транспортування при перервах в роботі) відповідає ГОСТ 15543-70 і ГОСТ 15150-69.
Напевно, багато хто з нас замислювалися, чому автоматичні вимикачі так оперативно витіснили з електросхем застарілі плавкі запобіжники? Активність їх впровадження обгрунтована рядом вельми переконливих аргументів, серед яких можливість купити цей вид захисту, що ідеально відповідає час-струмовим даними конкретних видів електрообладнання.
Сумніваєтеся, який саме автомат вам потрібен і не знаєте, як правильно його вибрати? Ми допоможемо знайти вірне рішення – в статті розглянуто класифікацію цих пристроїв.А також важливі характеристики, на які слід звернути пильну увагу при виборі автоматичного вимикача.
Щоб вам було простіше розібратися з автоматами, матеріал статті доповнений наочними фото і корисними відеорекомендаціямі від фахівців.
Автомат практично моментально відключає ввірену йому лінію, що виключає пошкодження проводки і живиться від мережі техніки. Після виконаного відключення гілку можна відразу ж знову запустити, не проводячи заміну запобіжного приладу.
При реєстрації автоматом КЗ відключення виробляє електромагнітна котушка (ситуація А). При перевищенні номінальних струмів мережу розмикає биметаллическая пластина (ситуація Б)
Робота автоматичного вимикача полягає в захисті проводки (а не обладнання і користувачів) від КЗ і від оплавлення ізоляції при проходженні струмів вище номінальних значень.
За кількістю полюсів
Дана характеристика вказує на максимально можливу кількість проводів, які можна підключити до АВ для захисту мережі.
Їх відключення відбувається при виникненні аварійної ситуації (під час перевищення допустимих показників струму або перевищення рівня час-струмової кривої).
Дана характеристика вказує на максимально можливу кількість проводів, які можна підключити до АВ для захисту мережі. Їх відключення відбувається при виникненні аварійної ситуації (під час перевищення допустимих показників струму або перевищення рівня час-струмової кривої).
Особливості однополюсних автоматів
Вимикач однополюсного типу є найпростішою модифікацією автомата. Він призначений для захисту окремих ланцюгів, а також однофазної, двухфазной, трифазної електропроводки. До конструкції вимикача можливо підключити 2 дроти – провід живлення і відходить.
У функції пристрою даного класу входить лише захист дроти від загоряння. Сама нейтраль проводки поміщається на нульову шину, тим самим обходячи автомат, а дріт заземлення підключається в шині заземлення окремо.
Підключення однополюсного АВ проводиться одножильним проводом, але іноді використовують двожильні кабелю. Під’єднують харчування зверху автомата, а захищається лінію – знизу, що спрощує монтаж. Установка відбувається на 18-міліметрувую din-рейку
Однополюсний автомат не виконує функції вступного, оскільки при його вимушеному відключенні відбувається розрив лінії фази, а нейтраль з’єднана з джерелом напруги, що не дає 100% гарантію захисту.
Характеристики двополюсних вимикачів
Коли необхідно повне відключення мережі електропроводки від напруги, застосовують двополюсний автомат.
Він застосовується в якості вступного, коли під час КЗ або збою роботи мережі вся електропроводка знеструмлюється одночасно. Це дозволяє проводити своєчасні роботи по ремонту, модернізації ланцюгів абсолютно безпечно.
Застосовують двополюсні автомати у випадках, якщо необхідний окремий вимикач для однофазного електроприладу, наприклад, водонагрівача, бойлера, верстата.
Підключення двополюсного автомата відбувається з урахуванням електричної схеми захисту з використанням 1- або 2-жильного дроти (кількість жив залежить від схеми расключеніе). Монтаж здійснюється на дин-рейку 36 мм
Під’єднують автомат до захищається пристрою з використанням 4 проводів, два з яких є проводами харчування (один з них безпосередньо підключається до мережі, а другий подає харчування перемичкою) і два – відходять дроти, які вимагають захисту, причому вони можуть бути 1-, 2- , 3-дротяними.
Трьохполюсну модифікації автоматичних вимикачів
Для захисту трифазного 3 або 4-провідної мережі використовують триполюсні автомати. Вони підходять для підключення по типу зірки (середній провід залишають без захисту, а фазні підключають до полюсів) або трикутника (з відсутнім центральним проводом).
При аварії на одній з ліній самостійно відключаються інші дві.
Підключення триполюсного АВ проводиться 1-, 2-, 3- жильними проводами. Для установки буде потрібно дин-рейка шириною 54 мм
Трьохполюсний вимикач служить в якості вступного і загального для будь-яких типів трифазних навантажень. Часто модифікацію використовують в промисловості для забезпечення струмом електродвигунів.
До моделі підключається до 6 проводів, 3 з них представлені фазними проводами трифазної електромережі. Решта 3 є захищеними. Вони представляють три однофазні або одну трифазну проводку.
Застосування чотирьохфазна автомата
Для захисту трьох-, чотирьохфазної електромережі, наприклад, потужного двигуна, підключеного за принципом зірки, використовується чотирьохфазна автомат. Його застосовують як вступного вимикача на трифазну чьотирьох мережу.
Підключення чотириполюсним вимикача проводиться 1-, 2-, 3-, 4-жильним проводом, схема залежить від типу підключення, корпус встановлювати на din-рейку шириною 73 мм
До корпусу автомата можливо підключити вісім проводів, з них чотири є фазними проводами електромережі (з них один нейтральний) і чотири представлені відходять проводами (3 фазними і 1 нейтральним).
За час-струмової характеристики
АВ можуть володіти однаковим показником, але характеристики споживання електроенергії приладами можуть бути різними.
Споживана потужність може надходити нерівномірно, змінюватися в залежності від виду і навантаження, а також при включенні, виключенні або постійній роботі того або іншого пристрою.
Коливання споживаної потужності можуть бути досить значними, а діапазон їх змін – широким. Це веде до виключення автомата в зв’язку з перевищенням номінального струму, що вважається помилковим відключенням мережі.
Щоб виключити ймовірність недоцільного спрацьовування запобіжника прі не аварійних стандартних зміни (підвищення сили струму, зміни потужності) використовують автомати з певними час-струмовими характеристиками (ВТХ).
Це дозволяє експлуатувати вимикачі з однаковими струмовими параметрами з довільними допустимими навантаженнями без помилкових відключень.
ВТХ показують, через який час вимикач спрацює і які показники відносини сили струму і постійного струму автомата при цьому будуть.
Особливості автоматів з характеристикою B
Автомат з вказаною характеристикою вимикається за час 5-20 секунд. Показник струму становить при цьому 3-5 номінальних струмів автомата. Дані модифікації застосовуються для захисту ланцюгів, що підживлюють побутові стандартні прилади.
Найчастіше модель використовується для захисту проводки квартир, приватних будинків.
Характеристика C – принципи роботи
Автомат з номенклатурним позначенням З відключається за час 1-10 секунд при 5-10 номінальних струмів.
Використовують вимикачі даної групи в усіх сферах – у побуті, будівництві, промисловості, але найбільш затребувані вони області електрозахисту квартир, будинків, житлових приміщень.
Експлуатація вимикачів з характеристикою D
Автомати D-класу застосовуються в промисловості і представлені триполюсними і чотириполюсні модифікаціями. Їх використовують для захисту потужних електродвигунів і різних 3-фазних пристроїв.
Час спрацювання АВ – 1-10 секунд при струмі, кратному 10-14, що дозволяє ефективно його застосовувати для захисту різних проводок.
У нижній частині графіка наведена кратність значень номінального струму, по вертикальній лінії – час відключення. Для характеристики В відключення відбувається при 3-5 кратних перевищення чинного струму над номінальним, для С – 5-10 кратному, для D – 10-14 кратному
Потужні промислові двигуни працюють виключно з АВ з характеристикою D.
Можливо вам також буде цікаво ознайомитися з іншим нашій статті.
За номінальному робочому струму
Всього існує 12 модифікацій автоматів, що відрізняються по – 1А, 2А, 3А, 6А, 10А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А.Параметр відповідає за швидкість спрацьовування автомата при перевищенні чинного струму над номіналом.
Таблиця ілюструє граничну потужність кожної модифікації автомата, виходячи зі схеми підключення і напруги мережі. Максимальна віддача вимикача відбувається при приєднанні навантаження за схемою трикутника
Вибір вимикача по вказаній характеристиці виробляють з урахуванням потужності електропроводки, допустимому току, який може витримати проводка в нормальному режимі. Якщо значення струму невідомо, його визначають за допомогою формул, використовуючи дані перетину дроту, його матеріалу і способу прокладки.
Автомати 1А, 2А, 3А застосовують для захисту ланцюгів з малими струмами. Вони підійдуть для забезпечення електрикою невеликої кількості приладів, наприклад, лампи або люстри, малопотужного холодильника та інших пристроїв, сумарна потужність яких не перевищує можливості автомата.
Вимикач 3А ефективно експлуатується в промисловості, якщо здійснити його трифазне підключення по типу трикутника.
Вимикачі 6А, 10А, 16А допустимо використовувати для забезпечення електрикою окремих електроланок, невеликих кімнат або квартир.
Дані моделі використовуються в промисловості, з їх допомогою постачають харчуванням електродвигуни, соленоїди, нагрівачі, зварювальні автомати, підключені окремою лінією.
Трьох-, чотириполюсні автомати 16А використовують в якості вступних при трифазній схемі живлення. У виробництві віддають перевагу приладам з D-кривої.
Автомати 20А, 25А, 32А використовують для захисту проводки сучасних квартир, вони здатні забезпечити електрикою пральні машини, обігрівачі, електросушарки та іншу техніку з високою потужністю. Модель 25А використовують в якості вступного автомата.
Вимикачі 40А, 50А, 63А відносяться до класу приладів з високою потужністю. Вони використовуються для забезпечення електрикою силового обладнання великої потужності в побуті, промисловості, цивільному будівництві.
Вибір і розрахунок автоматичних вимикачів
Знаючи характеристики АВ, можна визначити, який автомат підійде для тієї чи іншої мети. Але перед вибором оптимальної моделі необхідно провести деякі розрахунки, за допомогою яких можна точно визначити параметри потрібного пристрою.
Крок # 1 – визначення потужності автомата
При виборі автомата важливо враховувати сумарну потужність цих приладів.
Наприклад, необхідний автомат для підключення кухонних приладів до електроживлення. Припустимо, до розетки буде підключатися кавоварка (1000 Вт), холодильник (500 Вт), духовка (2000 Вт), СВЧ-піч (2000 Вт), електрочайник (1000 Вт). Сумарна потужність буде дорівнює 1000 + 500 + 2000 + 2000 + 1000 = 6500 (Вт) або 6,5 кВ.
У таблиці наведено номінальна потужність деяких побутових приладів, необхідна для їх роботи. Згідно з нормативними даними підбирається перетин силового проводу для їх харчування і автомат для захисту проводки
Якщо подивитися на таблицю автоматів по потужності підключення, врахувати, що стандартна напруга проводки в побутових умовах складає 220 В, то для експлуатації підійде однополюсний або двополюсний автомат 32А з сумарною потужністю 7 кВт.
Слід врахувати, що може знадобитися велика потужність споживання, оскільки в процесі експлуатації може знадобитися підключення інших електроприладів, які з самого початку не були враховані. Щоб передбачити цю ситуацію, в розрахунках сумарного споживання використовують підвищувальний коефіцієнт.
Припустимо, за рахунок додавання додаткового електрообладнання, треба було збільшення потужності на 1,5 кВт. Тоді необхідно взяти коефіцієнт 1.5 і помножити його на отриману розрахункову потужність.
У розрахунках іноді доцільно використовувати коефіцієнт зниження. Його застосовують тоді, коли одночасне використання декількох приладів є неможливим.
Припустимо, сумарна потужність проводки для кухні склала 3.1 кВт.Тоді понижуючий коефіцієнт дорівнює 1, оскільки враховується мінімальна кількість приладів, підключених одночасно.
Якщо один з приладів неможливо підключити з іншими, то понижуючий коефіцієнт беруть меншим одиниці.
Крок # 2 – розрахунок номінальної потужності автомата
Номінальна потужність – це та потужність, при якій відключення проводки не відбувається.
Вона розраховується за формулою:
- M – потужність (Ватт);
- N – напруга електромережі (Вольт);
- СТ – сила струму, здатна пройти через автомат (Ампер);
- cos (φ) – значення косинуса кута, що приймає значення кута зсуву між фазами і напруги.
Значення косинуса звичайно дорівнює 1, оскільки зсуву між фазами струму і напруги практично немає.
З формули висловлюємо СТ:
Потужність у нас вже визначена, а напруга мережі зазвичай 220 Вольт.
Якщо сумарна потужність дорівнює 3.1 кВт, то:
CT = 3100/220 = 14 .
Одержуваний струм буде дорівнює 14 А.
Для розрахунку при трифазної навантаженні використовують ту ж формулу, але враховують кутові зрушення, які можуть досягати великих значень. Зазвичай на підключається обладнанні вони вказані.
Крок # 3 – обчислення номінального струму
Обчислити номінальний струм можна по документації на електропроводку, але якщо її немає, то визначають виходячи з особливостей провідника.
Для розрахунків необхідні наступні дані:
- площа;
- використовуваний для жив матеріал (мідь або алюміній);
- спосіб прокладки.
У побутових умовах зазвичай проводка розташовується в стіні.
Для обчислення площі перетину знадобитися мікрометр або штангенциркуль. Необхідно вимірювати виключно провідну жилу, а не провід та ізоляцію
Зробивши необхідні виміри, обчислюємо площу перерізу:
- D – це діаметр провідника (мм);
- S – площа перерізу провідника (мм 2).
Визначивши, з якого матеріалу були виконані жили провідника, і розрахувавши площа перетину, можна визначити показники струму і потужності, які витримує проводка електромережі. Дані наведені для проводки, прихованої в стіні
З урахуванням отриманих даних підбираємо робочий струм автомата, а також його номінал. Він повинен бути рівним або меншим робочого струму. У деяких випадках допускається використання автоматів з номіналом, що перевищує діючий струм проводки.
Крок # 4 – визначення час-струмової характеристики
Щоб правильно визначити ВТХ, необхідно враховувати пускові струми підключаються навантажень.
Потрібні дані можна дізнатися, використовуючи нижченаведені дані.
У таблиці наведено деякі види електричних пристроїв, а також кратності пускового струму і тривалості імпульсів в секундах
За даними таблиці можна визначити силу струму (в Амперах) при включенні приладу, а також період, через який граничних ток виникатиме знову.
Наприклад, якщо взяти електричну м’ясорубку, потужність якої становить 1,5 кВт, обчислити для неї робочий струм з таблиць (це буде 6,81 А) і, з огляду на кратність стартового струму (до 7 разів) отримаємо значення струму 6,81 * 7 = 48 (А) .
Струм даної сили протікає з періодичністю 1-3 секунди. З огляду на графіки ВТК для класу B, можна побачити, що при перевантаженні автоматичний вимикач спрацює в перші секунди після запуску м’ясорубки.
Очевидно, що кратність даного приладу відповідає класу С, тому автомат з характеристикою З необхідно використовувати для забезпечення роботи електричної м’ясорубки.
Для побутових потреб зазвичай використовують вимикачі, що відповідають характеристикам В, С. У промисловості для обладнання з великими кратними струмами (двигунів, блоків живлення і ін.) Створюється струм аж до 10-кратного, тому доцільно застосовувати D-модифікації пристрою.
Однак слід враховувати потужність таких приладів, а також тривалість пускового струму.
Автономні автоматизовані вимикачі відрізняються від звичайних тим, що їх встановлюють в окремих розподільних щитах.
У функції пристрою входить захист ланцюга від непередбачених стрибків напруги, відключення електроенергії на всьому або певній ділянці мережі.
Висновки і корисне відео по темі
Вибір АВ по струмового характеристиці і приклад розрахунку струму розглянуті в наступному відеоролику:
Розрахунок номінального струму АВ продемонстрований в наступному відео:
Автомати монтують на вході будинку або квартири. Вони розташовуються в. Присутність АВ в схемі домашньої електромережі – запорука безпеки. Прилади дозволяють своєчасно відключивши електролінію, якщо параметри мережі перевищують заданий поріг.
З огляду на основні характеристики автоматичних вимикачів, а також зробивши вірні розрахунки, можна зробити правильний вибір цього пристрою і.
Якщо ви володієте знаннями або досвідом виконання електромонтажних робіт, будь ласка, поділіться ним з нашими читачами. Залишайте ваші коментарі про вибір автоматичного вимикача і нюансах його установки в коментарях нижче.
Запобіжник – це електричний прилад, що забезпечує захист електромережі від аварійних ситуацій, пов’язаних з виходом поточних параметрів (струму, напруги) за задані рамки. Найпростіший запобіжник – плавкахвставка.
Це прилад, включений в захищається ланцюг послідовно. Як тільки струм в ланцюзі перевищує заданий, зволікання плавиться, контакт розмикається, і захищається ділянку ланцюга таким чином залишається неушкодженим. Недолік такого способу захисту – одноразовость захисного приладу. Згорів – треба міняти.
Пристрій автоматичного вимикача
Аналогічне завдання вирішується за допомогою так званих автоматичних вимикачів (АВ). На відміну від плавких одноразових запобіжників, автомати – досить складні прилади, при виборі їх слід враховувати має кілька параметрів.
Вони також послідовно включаються в ланцюг. При підвищенні струму автоматичний вимикач ланцюг розриває. Автоматичні вимикачі випускаються самого різного конструктивного виконання і з різними параметрами. Найбільш поширені сьогодні автомати для кріплення на ДІН-рейку (рис. 1).
Широко відомі ще радянських часів автомати АП-50 (рис. 3-5) і багато інших. Автомати випускаються з кількістю полюсів (ліній для підключення) від одного до чотирьох. При цьому дво- і четирёхполюсние автомати можуть мати в своєму складі не тільки захищені, але і не захищені контактні групи, які зазвичай використовуються для розриву нейтрали.
Склад і пристрій АВ
До складу більшості автоматичних вимикачів входять:
- механізм ручного управління (використовується для ручного вмикання і вимикання автомата);
- комутуючі пристрій (набір рухомих і нерухомих контактів);
- дугогасительниє пристрої (решітка зі сталевих пластин);
- расцепители.
Дугогасительниє пристрої забезпечують гасіння і видування дуги, яка утворюється при розмиканні контактів, через які проходить надструмів (рис.2)
Расцепитель – пристрій (частина автомата або додатковий пристрій), механічно пов’язане з механізмом АВ і забезпечує розмикання його контактів.
У складі автоматичного вимикача є зазвичай два расцепителя.
Перший расцепитель – реагує на довготривалу, але невелику перевантаження мережі (теплової расцепитель). Зазвичай цей пристрій на основі біметалічної пластини, яка під дією проходить через неї струму поступово нагрівається, змінює конфігурацію. Врешті-решт вона натискає на утримує механізм, який звільняє і розмикає підпружинений контакт.
Другий расцепитель – так званий, «електромагнітний». Він забезпечує швидку реакцію АВ на коротке замикання. Конструктивно цей расцепитель вдає із себе соленоїд, усередині котушки якого знаходиться підпружинений сердечник з штирьком, що впирається в рухливий силовий контакт.
Обмотка включена в ланцюг послідовно.При короткому замиканні струм в ній різко зростає, за рахунок чого збільшується магнітний потік. При цьому долається опір пружини, і сердечник розмикає контакт.
параметри АВ
Перший параметр – номінальну напругу. Випускаються автомати для тільки постійного струму і для змінного і постійного. Автомати для постійного струму для загального використання досить рідкісні. У побутових і промислових мережах використовуються в основному АВ для змінного і постійного струму. Найчастіше використовуються АВ з номінальною напругою 400В, 50Гц.
Другий параметр – номінальний струм (Iн). Це той робочий струм, який автомат пропускає через себе в тривалому режимі. Звичайний ряд номіналів (у амперах) – 6-10-16-20-25-32-40-50-63.
Третій параметр – відключає здатність, гранична коммутирующая здатність (ПКС). Це максимальна сила струму короткого замикання, при якій автомат зможе розімкнути ланцюг, що не зруйнувавшись. Звичайний ряд паспортних значень ПКС (в кілоампер) – 4,5-6-10. При напрузі 220 В, це відповідають опору мережі (R = U / I) 0.049 Ом, 0,037 Ом, 0,022 Ом.
Як правило, опір проводів побутової електромережі може досягати 0,5 Ом, струм короткого замикання на рівні 10 ка можливий тільки в безпосередній близькості від електропідстанції. Тому найпоширеніші ПКС – 4,5 або 6 кА. Автомати з ПКС 10 кА застосовуються в основному в промислових мережах.
Четвертий параметр, що характеризує АВ, – це струм уставки (уставка) теплового розчеплювача. Цей параметр для різних автоматів становить від 1,13 до 1,45 від номінального струму. Ми відзначали, що при проходженні номінального струму гарантується тривала робота ланцюга з АВ.
Уставка теплового розчеплювача більше номіналу, саме досягнення реальним струмом величини уставки викличе відключення автомата. Слід зазначити, що в автоматах радянського періоду передбачена ручне регулювання уставки теплового захисту (рис. 5). Доступ до регулювального гвинта в автоматах, що встановлюються на ДІН-рейку неможливий.
П’ятий параметр автоматичного вимикача – струм уставки електромагнітного розчеплювача. Цей параметр визначає кратність перевищення номінального струму, при якій АВ спрацює практично миттєво, зреагувавши на коротке замикання.
Важлива характеристика автомата – це залежність часу спрацьовування від струму (рис. 6). Ця залежність складається з двох зон. Перша – зона відповідальності теплового захисту. Особливість її – поступове зменшення часу проходження струму до розчеплення. Це зрозуміло – чим більше струм, тим швидше нагрівається биметаллическая пластина і розмикається контакт.
При дуже великому струмі (короткому замиканні) практично миттєво (за 5 – 20 мс) спрацьовує електромагнітний расцепитель. Ця друга зона на нашому графіку.
За уставці електромагнітного розчеплювача все автомати підрозділяються на кілька типів:
- A Переважно для захисту електронних схем і ланцюгів великої протяжності;
- B Для звичайних освітлювальних ланцюгів;
- C Для ланцюгів з помірними пусковими струмами (двигуни н трансформатори побутових приладів);
- D Для ланцюгів з великою індуктивної навантаженням, для промислових електродвигунів;
- K Для індуктивних навантажень;
- Z Для електронних пристроїв.
Найбільш поширені – B, C і D.
Характеристика В – використовується для мереж загального призначення, особливо там, де необхідно забезпечити селективність захисту. Електромагнітний расцепитель налаштований на спрацювання при кратності струму по відношенню до номіналу від 3 до 5.
При підключенні чисто активних навантажень (лампочок розжарювання, обігрівачів …) пускові струми практично рівні робочим. Однак при підключенні електродвигунів (навіть холодильників і пилососів) пускові струми можуть бути значними і викликати помилкове спрацьовування автомата з розглянутої характеристикою.
Найбільш поширені автомати з характеристикою С.Вони досить чутливі, і в той же час не дають помилкових спрацьовувань при пуску двигунів побутової техніки. Такий вимикач спрацьовує при 5-10 кратному перевищенні номінального значення. Такі автомати вважаються універсальними і застосовуються скрізь, включаючи промислові об’єкти.
Характеристика D – це уставка електромагнітного розчеплювача на 10 – 14 номіналів по току. Зазвичай такі значення потрібні при використанні асинхронних двигунів. Як правило автомати з характеристикою D використовуються в трьох- або четирёхполюсном виконанні для захисту промислових мереж.
При спільному використанні автоматичних вимикачів потрібно мати уявлення про таке поняття, як селективний захист. Побудова селективного захисту забезпечує спрацьовування автоматів, що знаходяться ближче до місця аварії, при цьому більш потужні автомати, розташовані ближче до джерела напруги, спрацьовувати не повинні. Для цього більш чутливі і швидкодіючі автомати встановлюються ближче до споживачів.
Для захисту побутових електричних ланцюгів зазвичай використовуються автоматичні вимикачі модульної конструкції. Компактність, легкість монтажу і заміни, в разі необхідності, пояснює їх широке поширення.
Зовні такий автомат являє собою корпус з термостійкої пластмаси. На лицьовій поверхні розташована рукоятка включення і виключення, ззаду – фіксатор-засувка для кріплення на DIN-рейці, а зверху і знизу – гвинтові клеми. У цій статті розглянемо.
Як працює автоматичний вимикач?
У режимі штатної роботи через автомат протікає струм, менший або рівний номінальному значенню. Напругу живлення від зовнішньої мережі подається на верхню клему, з’єднану з нерухомим контактом. З нерухомого контакту струм надходить на замкнутий з ним рухливий контакт, а від нього, через гнучкий мідний провідник – на котушку соленоїда. Після соленоїда струм подається на теплової расцепитель і вже після нього – на нижню клему, з підключеною до неї мережею навантаження.
В аварійних режимах автоматичний вимикач відключає захищається ланцюг за рахунок спрацьовування механізму вільного розчеплення, що приводиться в дію тепловим або електромагнітним расцепителем. Причиною такого спрацьовування є перевантаження або коротке замикання.
тепловий расцепитель – це биметаллическая пластина, що складається з двох шарів сплавів з різними коефіцієнтами термічного розширення. При проходженні електричного струму пластина нагрівається і згинається в бік шару з меншим коефіцієнтом термічного розширення. При перевищенні заданого значення сили струму, вигин пластини досягає величини, достатньої для приведення в дію механізму розчеплення, і ланцюг розмикається, відсікаючи захищається навантаження.
електромагнітний расцепитель складається з соленоїда з рухомим сталевим сердечником, утримуваним пружиною. При перевищенні заданого значення струму, за законом електромагнітної індукції в котушці наводиться електромагнітне поле, під дією якого сердечник втягується всередину котушки соленоїда, долаючи опір пружини, і викликає спрацьовування механізму розчеплення. У нормальному режимі роботи в котушці також наводиться магнітне поле, але його сили недостатньо, щоб подолати опір пружини і втягнути сердечник.
Як працює автомат в режимі перевантаження
Режим перевантаження виникає, коли струм в підключеної до автомата ланцюга перевищує номінальне значення, на яке розрахований автоматичний вимикач. При цьому підвищений струм, що проходить через тепловий расцепитель, викликає підвищення температури біметалічної пластини і, відповідно, збільшення її вигину аж до спрацьовування механізму розчеплення. Автомат відключається і розмикає ланцюг.
Спрацьовування теплового захисту не відбувається миттєво, оскільки на розігрів біметалічної пластини буде потрібно якийсь час. Цей час може варіюватися в залежності від величини перевищення номінального значення струму від декількох секунд до години.
Така затримка дозволяє уникнути відключення живлення при випадкових і нетривалих підвищеннях струму в ланцюзі (наприклад, при включенні електродвигунів які мають великі пускові струми).
Мінімальне значення струму, при якому повинен спрацювати теплової расцепитель, встановлюється за допомогою регулювального гвинта на заводі-виробнику. Зазвичай це значення в 1,13-1,45 разів перевищує номінал, зазначений на маркуванні автомата.
На величину струму, при якому спрацює тепловий захист, впливає і температура навколишнього середовища. У жаркому приміщенні биметаллическая пластина прогріється і зігнеться до спрацьовування при меншому струмі. А в приміщеннях з низькими температурами струм, при якому спрацює тепловий расцепитель, може виявитися вище допустимого.
Причиною перевантаження мережі є підключення до неї споживачів, сумарна потужність яких перевищує розрахункову потужність мережі, що захищається. Одночасне включення різних видів потужної побутової техніки (кондиціонер, електрична плита, пральна і посудомийна машина, праска, електрочайник і т.д.) – цілком може привести до спрацьовування теплового розчеплювача.
В цьому випадку визначитеся, які з споживачів можна відключити. І не поспішайте знову включати автомат. Ви все одно не зможете звести його в робоче положення, поки він не охолоне, а биметаллическая пластина расцепителя не повернеться в свій початковий стан. Тепер ви знаєте при перевантаженнях
Як працює автомат в режимі короткого замикання
У разі короткого замикання інший. При короткому замиканні струм в ланцюзі різко і багаторазово зростає до значень, здатних розплавити проводку, а точніше ізоляцію електропроводки. Для того щоб запобігти такому розвитку подій необхідно миттєво розірвати ланцюг. Електромагнітний расцепитель саме так і спрацьовує.
Електромагнітний расцепитель є котушку соленоїда, всередині якої розташований сталевий сердечник, утримуваний у фіксованому положенні пружиною.
Багаторазове зростання струму в обмотці соленоїда, що відбувається при короткому замиканні в ланцюзі, призводить до пропорційного збільшення магнітного потоку, під дією якого сердечник втягується в котушку соленоїда, долаючи опір пружини, і натискає на спусковий планку механізму розчеплення. Силові контакти автомата розмикаються, перериваючи харчування аварійної ділянки ланцюга.
Таким чином, спрацьовування електромагнітного розчеплювача захищає від загоряння і руйнування електропроводку, який замкнув електроприлад і сам автомат. Час його спрацьовування складає близько 0,02 секунди, і електропроводка не встигає розігрітися до небезпечних температур.
У момент розмикання силових контактів автомата, коли по ним проходить великий струм, між ними виникає електрична дуга, температура якої може досягати 3000 градусів.
Щоб захистити контакти і інші деталі автомата від руйнівного впливу цієї дуги, в конструкції автомата передбачена дугогасильні камери. Дугогасильні камери являє собою грати з набору металевих пластин, які ізольовані один від одного.
Дуга виникає в місці розмикання контакту, а потім один її кінець рухається разом з рухомим контактом, а другий ковзає спочатку по нерухомому контакту, а потім по з’єднаному з ним провідникові, який веде до задньої стінки дугогасильні камери.
Там вона ділиться (дробиться) на пластинах дугогасильні камери, слабшає і гасне. У нижній частині автомата передбачені спеціальні отвори для відводу газів, що утворюються при горінні дуги.
У разі відключення автомата при спрацьовуванні електромагнітного розчеплювача, ви не зможете користуватися електрикою до тих пір поки не знайдете і не усунете причину короткого замикання. Найімовірніше причина в несправності одного з споживачів.
Вимкніть всі споживачі і спробуйте включити автомат. Якщо вам це вдалося і автомат не вибиває, значить, дійсно – винен один з споживачів і вам залишилося з’ясувати який саме. Якщо ж автомат і з відключеними споживачами знову вибиває, значить все набагато складніше, і ми маємо справу з пробоєм ізоляції проводки. Доведеться шукати, де це сталося.
Ось такий в умовах різних аварійних ситуацій.
Якщо відключення автоматичного вимикача стало для вас постійною проблемою, не намагайтеся вирішити її установкою автомата з великим номінальним струмом.
Автомати встановлюються з урахуванням перетину вашої проводки, і, отже, більший струм у вашій мережі просто не допускається. Знайти рішення проблеми можна тільки після повного обстеження системи електропостачання вашого житла професіоналами.