У статті ви дізнаєтеся про пристрій і принцип роботи автоматичного вимикача. Такі засоби захисту від короткого замикання і перевантажень на сьогоднішній день можна зустріти в кожному домі і на виробництві. Пішли в небуття так звані «пробки», які, по суті, виконані за такою ж схемою, як і автоматичні вимикачі. І навіть принцип дії у них схожий, ось тільки використовувати не дуже зручно – на дін-рейку таку пробку не поставити.
А що вже говорити про плавких вставках – запобіжники, у яких при короткому замиканні перегорає тонкий дріт. Такі можна зустріти хіба що в трансформаторних підстанціях. І то в них використовуються плавкі вставки, які наповнені піском. В слабкострумових ланцюгах, якщо так можна висловитися, застосовуються виключно автоматичні вимикачі. Типи і пристрій буде розглянуто в статті. І почнемо з опису роботи автоматів, які використовуються найчастіше в побуті.
Штатний режим роботи
Отже, давайте розглянемо пристрій і принцип дії автоматичного вимикача. У нього є декілька режимів роботи, кожен буде розглянуто окремо. У штатному режимі через автоматичний вимикач тече струм, який менше номінального або дорівнює йому. При цьому напруга живлення надходить на верхню клему, яка з’єднана з нерухомим контактом. З останнього струм йде до рухомого контакту, потім з гнучкого мідного провідника на соленоїд. Далі струм з соленоїда надходить на розчіплювач (теплове реле) і після на клему, розташовану знизу. Саме вона з’єднується зі споживачами електроенергії.
Аварійні режими роботи
Принцип роботи автоматичного вимикача змінного струму такий, що при аварійній ситуації (перевантаження або коротке замикання) відбувається відключення захищається ланцюга. Починає працювати механізм вільного розчіплювання, він приводиться в дію спеціальним розчеплювачем (зазвичай електромагнітні або теплові використовуються в конструкціях). Давайте розглянемо особливості обох типів розчіплювачів.
Тепловий – це пластина з біметалу, яка складається з двох шарів сплавів, у яких різні коефіцієнти термічного розширення. Коли струм проходить по пластині, відбувається її нагрів і вона згинається в той бік, на якій знаходиться метал з найменшим коефіцієнтом. Коли значення сили струму перевищує допустимі значення, вигин стає таким, що його достатньо для того, щоб привести в дію весь расцепительный механізм. При цьому розмикається ланцюг.
Електромагнітні розчіплювачі складаються з соленоїда з сердечником (рухомим), який утримується пружиною. Коли відбувається перевищення максимального струму в котушці починає наводитися полі. Під його дією сердечник починає втягуватися всередину соленоїда, пружина при цьому стискається. В цей самий момент починає спрацьовувати розчіплювач. У штатному режимі в котушці також відбувається наведення поля, але у нього маленька сила, її недостатньо для того, щоб стиснути пружину.
Режим перевантаження
Режим перевантаження – це коли струм, споживаний підключеної до автомата навантаженням, стає вище, ніж номінальне значення приладу. При цьому струм, який проходить через розчепитель, викликає нагрівання пластини з біметалу, що призводить до збільшення її вигину. Це призводить до того, що спрацьовує расцепительный механізм. У цей момент автомат вимикається, і ланцюг розмикається.
Тепловий захист спрацьовує не миттєво, так як для нагріву пластини потрібно деякий час. І воно варіюється в залежності від того, наскільки перевищено номінальне значення сили струму. Проміжок часу може коливатися від кількох секунд до години. Затримка дозволить позбутися відключення живлення при нетривалому і випадковому підвищенні струму. Часто такі перевищення можна спостерігати при запуску електродвигуна.
Струм спрацьовування
Мінімальне значення сили струму, при якому зобов’язаний спрацьовувати тепловий розчіплювач, регулюється спеціальним гвинтом на заводі-виробнику. Значення приблизно в півтора рази вище, ніж номінал, який вказується на корпусі вимикача. Як бачите, принцип роботи розчіплювача автоматичного вимикача не дуже складний. Але на силу струму, при якому відбувається спрацьовування теплового захисту, величезний вплив справляє і те, яка температура навколишнього середовища.
Якщо в приміщенні спекотно, то прогрів і вигинання біметалевої пластини почнуть відбуватися при малому значенні струму. А якщо в приміщенні холодно, то тепловий розчіплювач почне працювати при більш високому струмі. Тому один і той же автоматичний вимикач з біметалічною пластиною буде працювати по-різному взимку і влітку. Це до автоматів з електромагнітними розчіплювачами не відноситься.
Перевантаження в електросистемі
Варто зазначити, що принцип роботи автоматичного вимикача постійного струму приблизно такий же, як і аналогічного приладу, що працює на змінному. Суть зводиться до того, що при перевищенні навантаження відбувається нагрівання пластини і відключення ланцюга. Що може бути причиною перевантаження? Найчастіша причина – це підключення великого числа споживачів, у яких потужність більше, ніж розрахункова.
Якщо ви одночасно підключіть до автомата кілька споживачів – електрочайник, холодильник, праска, пральну машинку, кондиціонер, електроплиту, — то цілком можливо, що спрацює розчіплювач. Навіть якщо ви використовуєте автоматичний вимикач з номінальним струмом 16 А, він може відключитися. Все залежить від того, яка потужність у споживачів.
Якщо відбувається часте відключення, то потрібно вирішити, від яких електроприладів можна відмовитися на час. Варто включати електроплиту і пралку одночасно? Знаючи призначення, будова автоматичних вимикачів, можна, звичайно, встановити прилад з великим значенням номінального струму. Але тут варто чекати підступу з боку електропроводки будинку і введення – чи витримають вони велике навантаження?
Режим короткого замикання
А тепер давайте розглянемо один з «головних» режимів роботи – при короткому замиканні. Ви знаєте загальний пристрій і принцип роботи автоматичного вимикача в режимі перевантаження. Але приватний випадок – це режим КЗ. Працює автомат трохи інакше. Струм зростає до нескінченності, ізоляція електропроводки може розплавитися. Щоб цього не сталося, потрібно миттєво зробити розмикання ланцюга.
Саме від КЗ допомагає захиститися електромагнітний розчіплювач. Трохи раніше ми говорили про те, з яких елементів складається цей вузол автоматичного вимикача. Коли струм зростає в кілька разів, то в обмотці починає збільшуватися магнітний потік. Під його дією сердечник втягується, пружина стискається. При цьому відбувається натискання на спускову планку, яка знаходиться в механізмі розчеплення. І харчування переривається, так як силові контакти миттєво розмикаються.
Електромагнітний розчеплювач – це пристрій, який здатний захистити від КЗ і загоряння електропроводки. Спрацьовує захист буквально за соті частки секунди, отже, проводка не встигає прогрітися до небезпечної температури.
Розмикання силових контактів
Потрібно відзначити, що з силових контактів тече великий струм. І коли вони розмикаються, то утворюється дуга, у неї дуже висока температура – близько 3000 градусів. Для захисту контактів і інших компонентів від руйнувань, у конструкцію вноситься один невеликий елемент – дугогасна камера. Це решітка з декількох металевих пластинок, ізольованих один від одного.
В тому місці, в якому розмикаються контакти, з’являється дуга. І один її край починає рухатися разом з тим контактом, який расцепляется. А другий край дуги як би ковзає по нерухомому контакту, після чого переходить на провідник, з’єднаний з ним. Цей провідник з’єднується з дугогасительной камери. Потім дуга починає дробитися на платівках, поступово слабшає, а потім і зовсім гасне.
Якщо придивитися уважно до автоматичного вимикача ВК-45 (принцип роботи його розглянутий у нашому матеріалі), то можна побачити, що внизу є невеликі отвори, саме через них відходять гази, які з’являються при горінні. Якщо автомат відключився через спрацювання електромагнітного розчіплювача, то ви не зможете його включити, поки не усуньте причину КЗ. Що стосується теплового розчіплювача, то заново включити автомат можна після остигання біметалічної пластини.
Як працюють повітряні вимикачі?
Вище ми розглянули пристрої, які застосовуються в побуті і на виробництві. Але варто розглянути і принцип роботи автоматичних повітряних вимикачів – це зовсім інша категорія приладів. Класифікують їх за типом руху повітря:
- Поперечні.
- Поздовжні.
Повітряні автомати можуть мати велику кількість розривів контактів, все залежить від того, на яку напругу вони розраховані. Щоб полегшити гасіння дуги, з контактами з’єднується опір в якості шунта.
Дугогасна камера – це набір перегородок, разбивающих дугу на маленькі складові. Саме тому дуга не може розгорітися і досить швидко вона гасне. Високовольтні вимикачі, які працюють зі стисненим повітрям, відрізняються тим, що у них або є відокремлювач, або ні. Якщо в конструкції є відокремлювач, то силові контакти з’єднуються з поршнями. У підсумку виходить єдиний механізм. Віддільник включається послідовно з контактами гасителя дуги.
Віддільник і контакти гасителя дуги – це перший полюс автомата. При подачі сигналу на відключення відбувається спрацьовування механічного пневмоклапана. Він відкриває пневматичний привід, а повітря починає впливати на контакти гасителя дуги. Контакти розмикаються, а дуга при цьому гаситься за допомогою стисненого повітря. Після цього відбувається відключення і роздільник. Варто зазначити, що необхідно чітко відрегулювати подачу повітря, щоб його кількості вистачило для гасіння дуги.
Класифікація повітряних автоматів
Всі високовольтні повітряні вимикачі можна розділити на кілька груп:
- Мережеві – працюють при напрузі понад 6 кВ, можуть використовуватися в ланцюгах змінного струму для вимикання та вмикання споживачів в штатних режимах (неаварійних). А також для відключення навантаження при виникненні короткого замикання.
- Генераторні – працюють в електромережах напругою 6-24 кВ для підключення генераторних установок. Можуть витримувати значні пускові струми. Є режим роботи при КЗ.
- Для використання в електротермічних установках – у них діапазон напруг 6-220 кВ. Працюють як в штатному, так і в аварійному режимах.
- Автомати спецпризначення – такі прилади випускаються тільки під замовлення, серійних зразків немає. Їх роблять з урахуванням всіх особливостей експлуатації.
Класифікація за типом і місцем розташування механізму нагнітання повітря:
- Конструкції опорного типу.
- Підвісні.
- Вбудовані в комплектні розподільні пристрої.
- Викочування типу.
Плюси і мінуси повітряних автоматів
Серед переваг можна виділити наступні:
- Використовують такі пристрої давно, тому досвіду в їх експлуатації і ремонті предостатньо.
- Більш сучасні прилади (наприклад, елегазові) не піддаються ремонту.
Але є і недоліки, наприклад:
- Необхідно мати додаткову пневматичну апаратуру або компресор.
- При відключенні (особливо при аварійному) видає багато шуму.
- Для установки потрібно великий простір – у приладу досить великі габарити.
- Не можна встановлювати в запилених і вологих приміщеннях. Тому доводиться застосовувати додаткові заходи, щоб зменшити запиленість і вологість.
Диференціальний автомат – що це таке?
І наостанок розберемося з принципом роботи диференціального автоматичного вимикача. Це пристрій для захисту, яка при аварії відключає відразу і нуль, і фазу. У функції приладу входить:
- Спостереження за струмом короткого замикання, а також відключення ланцюга при його появі.
- Відключення ланцюга при перевищенні навантаження.
- Є струми витоку. У тому випадку, якщо хтось торкається до оголених проводів, відбувається витік струму. Диференціальний автомат при цьому відключається.
По суті, цей прилад суміщає в собі два пристрої – простий автоматичний вимикач і ПЗВ. Головний плюс в тому, що ваша безпека і електропроводка завжди під захистом (звичайно, якщо все зроблено за правилами). Також можна виділити ще один плюс – немає необхідності в установці УЗО. Крім того, в щитку прилад займає небагато місця. І підключити до електромережі прилад не складе праці.
Але є і недоліки. Зокрема, на деяких моделях відсутні прапорці, тому відразу визначити причину спрацьовування складно. Другий недолік – якщо вийшла з ладу одна половина приладу, доведеться міняти весь пристрій повністю. Ремонтувати його не можна. І самий головний недолік – це вартість. Вона значно вище, ніж у УЗО і звичайного автомата. Тому, перш ніж ставити диференціальні вимикачі, вирішіть, чи потрібно вам це. Цілком можливо, що виявиться простіше поставити УЗО і звичайний автомат.
