Как происходит отключение автоматического выключателя

Принцип действия автоматического выключателя

Для того, чтобы обеспечить надёжную защиту электрической цепи в современном доме применяются модульные конструкции автоматических выключателей. Они завоевали массовую популярность благодаря тому, что они обладают достаточно компактными размерами, очень легки в монтаже и, если потребуется, элементарно просто заменяются на новые.

Внешняя конструкция подобного автомата представляет выполненный из какого-либо вида термостойкой пластмассы прямоугольный корпус, с расположенной на его лицевой панели рукояткой. Она выполняет роль выключателя. Сзади пластмассового корпуса имеются специальные крепления для его установки.

Когда автоматический выключатель находится в режиме своей нормальной работы, через него происходит протекание электрического тока допустимого или немного заниженного значения. На его клемму, которая соединяется с неподвижным контактом конструкции, от внешней сети подаётся напряжение питания. Электрический ток с этого контакта передаётся на его подвижный аналог, а затем через гибкий проводник изготовленный из меди — на катушку. А уже после всей этой цепочки, электрический ток передаётся на нижнюю клемму автоматического выключателя, к которой и подключается вся нагрузка.

В том случае, если возникает какая-либо аварийная ситуация, то происходит отключение автоматическим выключателем электрической цепи, которую он призван защитить от нежелательных последствий. Тепловое расцепляющее устройство приводит в действие механизм, который размыкает эту цепь. Причины срабатывания автомата достаточно банальны — короткое замыкание или возникшая перегрузка в электрической сети.

В качестве теплового расцепляющего устройства в конструкции автоматического выключателя применяется самая простая биметаллическая пластина. Она представляет собой два слоя металлических сплавов, имеющих различные значения коэффициентов своего теплового расширения. Проходящий через пластину электрический ток нагревает её, что способствует прогибанию биметаллической пластины в сторону того из своих слоёв, который имеет меньшую величину своего коэффициента теплового расширения.

В тот момент, как только сила электрического тока достигнет величины достаточной для того, чтобы нагретая от этого биметаллическая пластина прогнулась до своего предельного состояния, происходит размыкание цепи и отключение всей нагрузки, которая защищается автоматическим выключателем.

Тепловая защита автоматического выключателя срабатывает не мгновенно в момент повышения величины протекающего через него электрического тока. Ведь для того, чтобы биметаллической пластине разогреться до определённого предела необходимо какое-то время. Причём интервал времени при этом может быть от всего нескольких секунд или минут, до одного часа.

Именно подобная задержка не позволяет сработать автоматическому выключателю от случайного и кратковременного повышения значения силы тока в электрической сети. По такому принципу работает автоматический выключатель в режиме возможной перегрузки в электросети.

В том случае, если вдруг возникнет короткое замыкание, то автоматический выключатель сработает несколько по иному принципу. Если в электрической сети возникает короткое замыкание, то величина протекающего по ней электрического тока значительно возрастает. Её будет достаточно для того, чтобы расплавить у электропроводки изоляцию.

В этом случае, во избежание возможных очень негативных последствий этого события, нужно в считанные мгновения разорвать электрическую цепь. Электромагнитное расцепляющее сеть устройство автоматического выключателя именно так и срабатывает. Это устройство выполнено из катушки со встроенным внутрь неё металлическим сердечником. Он при помощи пружины удерживается в неподвижном состоянии.

В момент короткого замыкания в электрической цепи происходит многократное и резкое увеличение значения силы тока в катушке. Это явление вызывает мгновенное увеличение магнитного потока катушки и втягивание в неё металлического сердечника, который преодолев сдерживающее воздействие на него со стороны пружины, приводит в действие механизм расцепления. Вследствие этого происходит размыкание силовых контактов автоматического выключателя и, соответственно, отключение питания в аварийном участке электрической цепи.

По таким принципам и осуществляется работа автоматического выключателя, призванного стать надёжной защитой домашнего электрооборудования от нештатных негативных ситуаций, возникающих в электрических сетях. Кстати, никогда не следует устанавливать подобное устройство, которое рассчитано на работу с большими величинами номинальных токов. Это способно привести к ещё более плачевным последствиям.

Как происходит отключение автоматического выключателя

Автоматический выключатель — это электротехнический аппарат, предназначенный для автоматического отключения повреждённого участка электрической сети. За автоматическое отключение в аппарате отвечает особое устройство, именуемое «расцепитель». Собственно, из названия понятно, что устройство воздействует на механизм включения-отключения в автомате (так будем называть автоматический выключатель для краткости) и размыкает электрическую цепь.

Расцепители в автоматах бывают двух типов — электромеханические и электронные. Электромеханические, в свою очередь, делятся на тепловые и электромагнитные.

Электронные расцепители рассматривать не будем, т.к. в быту такие автоматы не используются по одной простой причине — высокая стоимость и абсолютно неприменимая в бытовых условиях функциональность.

Итак, тепловые и электромагнитные расцепители — что они из себя представляют и для чего нужны?

Ток, проходящий через тепловой расцепитель вызывает нагрев данного расцепителя. При прохождении через автомат рабочего тока, не превышающего номинальное значение автомата, нагрев незначительный и не вызывает никаких воздействий на отключающий механизм автомата. Но при длительном прохождении тока, превышающего номинальный, происходит отключение автомата. При этом, чем больше ток, тем меньше время отключения. Данный тип расцепителя защищает вашу электрическую сеть от перегрузок и позволяет сохранить работоспособность сети при кратковременном характере и незначительной величине этих перегрузок. Устроен данный тип расцепителей следующим образом — токопроводящая (либо расположенная над нагревательным элементом, по которому проходит ток) пластина состоит из двух пластин различных металлов, соединённых между собой. Называется такая пластина биметаллической. Ввиду различных физических свойств этих металлов, они обладают различным коэффициентом теплового расширения, в результате чего при нагревании такой пластины происходит её механическая деформация — изгиб. И благодаря такой деформации происходит механическое воздействие изгибающейся пластины на механизм отключения автомата.

Электромагнитный расцепитель. Как видно уже из названия, данный расцепитель состоит из электромагнита. Этот расцепитель предназначен для мгновенного отключения автомата при коротком замыкании. При прохождении токов короткого замыкания определённой величины, сердечник электромагнита втягивается и мгновенно отключает повреждённый участок.

Ниже приведены фотоизображения, на которых показаны устройство самых распространённых автоматических выключателей и обозначены вышеуказанные расцепители.

Ну и вот мы подобрались, наверное, к самому главному — чем определяется величина тока короткого замыкания, отключающего автомат? Помимо основных характеристик автоматических выключателей, таких как номинальный ток и количество полюсов, имеется ещё одна не менее важная — характеристика (кривая) отключения. В соответствии с ГОСТ Р 50345-2010, автоматические выключатели бывают с тремя основными видами электромагнитных расцепителей — B (диапазон отключения (3÷5)×I_ном), С (диапазон отключения (5÷10)×I_ном) и D (диапазон отключения (10÷20)×I_ном). Ну а нужны данные виды расцепителей для того, чтобы в вашей электрической сети была возможность обеспечения селективности срабатывания аппаратов защиты, иными словами — способность вашей электрической системы отключать повреждённый участок сети, не затрагивая неповреждённые.

Как это работает разберём на реальном примере. У многих из вас бывали ситуации, когда при коротком замыкании в каком-либо участке сети (к примеру, короткое замыкание в электроприборе, включённом в розетку) электричество отключалось во всём доме. И при проверке ваших распределительных щитов вы обнаруживали отключенные автоматы во всех щитах, вплоть до вводного, установленного на столбе.

Как избежать такой ситуации? — Установкой автоматов с различными типами расцепителя. Во-первых, такая ситуация возможна только тогда, когда у вас установлены автоматы с одним типом расцепителя, к примеру «С». При коротком замыкании возникает ток достаточной силы для отключения всех автоматов в цепи, а ввиду однотипности расцепителя, то отключаются они одновременно.

Избежать подобной ситуации можно следующим образом.

При получении технический условий на подключение вашего дома к электрическим сетям, электросетевая организация предписывает вам установить в вводном щите (назовём его ЩУР — щит учётно-распределительный) аппарат защиты на номинальный ток 63 А (при разрешённой стандартной мощности 15 кВт и при подключении по одной фазе (220 В)). В доме у вас установлен один распределительный щит (назовём его ЩР — щит распределительный), в котором установлен вводной автомат на номинальный ток также 63 А (нагрузку щита возьмём в номинальные 15 кВт). Расстановка автоматических выключателей будет выглядеть следующим образом: т.к. подключение однофазное, в щите ЩУР устанавливаем двухполюсный автоматический выключатель на номинальный ток 63 А, расцепитель характеристики D (т.к. в случае короткого замыкания в электрической сети дома этот автоматический выключатель должен отключиться в последнюю очередь). Вводной автомат в щите ЩР устанавливаем аналогично вводному в щите ЩУР, но с расцепителем характеристики С. Ну а отходящие цепи в щите ЩР, с наибольшей вероятностью возникновения коротких замыканий (питание уличных электроприборов, питание электроприборов в сырых помещениях) лучше защищать с помощью автоматов с расцепителем характеристики В.

Устройство автоматических выключателей.

Одни из самых распространённых типов автоматических выключателей:

1. AE 1031M-2УХЛ4 с тепловым расцепителем.
2. ВА47-29 с комбинированным расцепителем (тепловой и электромагнитный).

Устройство автоматического выключателя AE 1031M-2УХЛ4:

1. Биметаллическая пластина, по которой проходит электрический ток.
2. Расцепитель.

Устройство автоматического выключателя ВА47-29:

1. Расцепитель.
2. Биметаллическая пластина со спиральным нагревательным элементом, по которому проходит электрический ток.
3. Электромагнит.
4. Силовой контакт выключателя.

Причины отключения автоматического выключателя

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Расскажу Вам про стандартную ситуацию, связанную с неисправностью электропроводки, с которой сталкиваюсь практически ежедневно. Либо это у знакомых, либо у заказчиков, либо у себя же дома. Последнее конечно же реже.

Ситуация: вечер, Вы ужинаете и одновременно смотрите телевизор, жена — готовит на кухне, дети играют в детской комнате.

И вдруг, в квартирном электрическом щитке отключился автоматический выключатель №8 (группа бытовые розетки) или №9 (группа освещения).

Ваши действия: сразу же появляется желание вызвать электрика.

Но давайте не будем торопиться. Зачем раньше времени вызывать специалиста, если можно своими силами определить неисправность. И я Вам помогу разобраться в этом.

Ваши действия при отключении автоматического выключателя №8

1. В первую очередь необходимо отключить все электрические приборы из розеток (телевизор, компьютер, электрический чайник, микроволновая печь, холодильник, электроплита и др.), которые подключены к линии автоматического выключателя №8.

2. Затем необходимо попробовать включить автомат №8, который сработал. И если он не отключится, то нужно искать электрический прибор, который перегружал сеть.

3. Поочередно подключаем в те же розетки свои электрические приборы и пробуем включать автоматический выключатель. И если при включении очередного прибора (например, электрический чайник) отключился автомат, то в эту же розетку подключаем другой прибор (например, микроволновая печь). Если автомат «не выбило», то:

• электрический чайник перегружает сеть, т.к. его мощность (примерно, 1800-2200 Вт), потребляемая из сети превышает предельно допустимую мощность этой линии №8
• электрический чайник — неисправен

4. Включаем чайник в другую розетку линии №8, и если автомат не отключается — то причина в линии №8 предыдущей розетки. А если автомат «выбило», то проверяем дальше.

5. Проверить чайник на розетке, подключенной к другой линии, например линия №6. И если отключится автоматический автомат линии №6 — то неисправен электрический прибор — чайник.

Ваши действия при отключении автоматического выключателя №9

1. Клавиши выключателей освещения ставим в положение «выкл.»

2. Пробуем включать автомат. Если он не отключился, то необходимо выкрутить лампы из цоколей. И снова включить автомат и клавишы выключателей поочередно включать. Если автомат не отключился, то причина в одной из снятых ламп.

3. Если же при снятых всех лампах все равно отключается автоматический выключатель №9 — то причина неисправности электропроводки, например плохой контакт в распаечной коробке и др.

Вывод: Если Вы выявили, что неисправность самой электропроводки, то не необходимо вызвать специалистов электролаборатории для выявления и устранения неисправности. У них для этого имеются в наличие различные приборы для замеров параметров электрических сетей, таких как (замер сопротивления изоляции проводов и кабелей, проверка первичным током автоматических выключателей, измерение петли фаза-ноль и др.).

Вот недавний пример из моей практики, когда выбивало автоматический выключатель по причине короткого замыкания в кабеле.

Что такое ток не отключения автомата

Понятие ток неотключения автоматического выключателя мало кому знакомо. Люди ошибочно полагают что, установив автомат на 16 Ампер он обязательно сработает при 16-ти Амперной нагрузке. На самом деле это не так.

Все это связано с ВТХ – время-токовыми характеристиками. В данной статье уважаемые читатели сайта «Электрик в доме» я постараюсь пояснить, почему так важно учитывать этот параметр при выборе автоматов.

Электрический ток протекает только по замкнутой цепи. Если её разорвать, действие тока будет прекращено. На этом свойстве строится защита электрических линий с помощью автоматических выключателей. При аварийном режиме в электрической цепи возникает ток срабатывания автомата, на который реагируют тепловой или электромагнитный расцепители, разрывая контролируемую цепь.

Для бесперебойного и надёжного питания потребителей, подбирают выключатели, длительно выдерживающие номинальный ток или ток отключения автомата.

Токи не отключения автомата могут привести к аварийной ситуации, например, к возгоранию электрической проводки в вашем доме. Поэтому, для безопасности, помимо правильного определения сечения кабеля, важен точный расчёт номинала автомата, выбор которого проводят, учитывая ток не отключения автоматического выключателя.

О чем говорят время-токовые характеристики

О работе автоматических выключателей судят по время-токовым характеристикам (ВТХ), определяющим точный период срабатывания защитного устройства. Наверняка, вы сталкивались с тем, что в маркировке автоматов участвуют буквенные обозначения: B, C, D.

Это ВТХ автоматических выключателей, ток мгновенного их срабатывания. Другими словами, это наименьший ток, при котором автоматический выключатель разорвет цепь без задержки времени (ГОСТ 50345-2010, п. 3.5.17). Так работает его электромагнитная защита (реагирующая на ток короткого замыкания).

Рассмотрим время-токовую характеристику С. На графике видно, как зависит от тока, проходящего через автомат, время его срабатывания. Вертикально расположенная ось У (ординат) показывает время (секунды).

Горизонтальная ось Х (абсцисс) – отражает отношение тока в цепи к номинальному току коммутационного аппарата (I/In). Простыми словами это параметр показывает загруженность (перегруз) автоматического выключателя.

График представлен в виде двух кривых, показывающих временной диапазон действия теплового и электромагнитного расцепителя автомата.

Расположенная сверху кривая определяет холодное состояние, когда автомат предварительно не включался. Кривая, расположенная ниже, характеризует горячее состояние, когда автомат уже был включен в сеть и (или) произошло его защитное срабатывание.

Ток условного «неотключения» автомата — 1,13•In

Ток не отключения автоматического выключателя. Что это такое и откуда он берётся? Рассмотрим ВТХ защитного устройства — автомата. На оси Х (абсцисс), отражающей кратность тока нагрузки в цепи к номинальному току (I/In), находим цифру — 1,13.

Из этой точки вверх проводим вертикальную линию. (На рисунке, расположенном ниже, линия выделена красным цветом.)

Ищем точки пересечения этой линии с кривой времени срабатывания автомата. Видим, что таких точек нет. Делаем вывод, что автомат не сработает, если в цепи будет ток, превышающий номинальный в 1,13 раз.

Автоматические выключатели, пропуская через себя ток, превышающий их номинальный в 1,13 раз, должны поддерживать работу цепи на протяжении целого часа (ГОСТ 50345). При невыполнении этого условия, устройства автоматической защиты бракуются.

Условный ток не расцепления любого автомата составляет 1,13•In . При такой токовой нагрузке устройство защиты не отключается:

1. 1 час у автоматов с номиналом менее 63 А;
2. 2 часа у автоматов с номиналом более 63 А.

На графиках времятоковых характеристик автоматических выключателей производителями отмечается точка условного не расцепления (1,13•In).

Если через эту точку провести вертикальную прямую, становится видно место её пересечения с нижней кривой на участке 60-120 минут. К примеру, при прохождении тока 1,13•In = 11,3 (А) через автомат, номинал которого составляет 10 А, его тепловой расцепитель не разомкнёт цепь на протяжении 1 часа.

Так же, при прохождении тока 1,13•In = 18,08 (А) через автомат номиналом 16 А в течение 1 часа не сработает его тепловой расцепитель.

Ниже приведены значения токов условного не расцепления для автоматических выключателей различного номинала:

В соответствии с времятоковыми характеристиками, автоматы не будут срабатывать при прохождении через них токов, указанных в правом столбце. Это особенно важно, если в вашей сети возможно подключение большой нагрузки, а электропроводка устарела, изоляция проводов нарушена, монтажные работы были проведены некачественно.

Тогда ток не отключения автомата возрастёт, а сечение отходящего кабеля может оказаться недостаточным для создавшейся нагрузки. Поэтому, старайтесь выбрать защитное оборудование и сечение проводников с оправданным запасом. Чтобы не заниматься каждый раз расчетами, обращайтесь к представленной ниже информации.

Ток условного расцепления (отключения) — 1,45•In

Какой же ток отключения автомата? Продолжим анализировать время-токовую характеристику. На горизонтальной оси, находим следующее за 1,13 значение. Это число 1,45. Из этой точки проводим вертикаль, видим её пересечение с графиком в 2 местах.

На кривой, расположенной ниже, место пересечения — 40 секунд. На кривой, расположенной сверху – 60-120 минут, в зависимости от номинала автомата. Для защитных устройств с номинальным током менее 63 А на отключение уйдёт не более 1 часа. А для устройств с номинальным током выше 63 А для этого потребуется 2 часа.

Автоматический выключатель номиналом 10 А способен, не срабатывая в продолжение 1 часа, выдерживать нагрузку 14,5 А. Автомат номиналом 16 А на протяжении этого же времени способен удерживать нагрузку 23,2 А. Это при условии холодного их состояния в начале работы. Если защитное устройство было горячим, на его отключение потребуется от 40 секунд до 1 часа.

Ниже приведены токи условного расцепления для автоматических выключателей разного номинала:

Представим, что в сети нашего дома необходимо защитить проводку сечением 2,5 кв. мм. Многие пользователи идут на поводу у неграмотных электриков и устанавливают для этого 25 А автомат (аргумент у них как правило один – «чтобы не выбивало»).

Если посмотреть по таблицам ГОСТ 31996—2012 допустимый ток для такого сечения кабеля с ПВХ изоляцией то он составляет 27 Ампер.

В случае увеличения нагрузки на 45 % (36.25А), автомат может не срабатывать в течение 1 часа. Всё это время по проводнику будет протекать ток, значительно превышающий длительно допустимый (25 А). Это может привести к нагреванию и разрушению изоляции провода, возникновению пожароопасной ситуации или к короткому замыканию.

Ситуация усугубляется тем, что недобросовестные производители в последнее время занижают сечение жил.

Вывод

Из представленного выше видно, как много нужно времени для того, чтобы сработал ток отключения автомата, даже если он будет намного больше номинального. При неправильном выборе сечения провода, его изоляция за это время может расплавиться.

Это приведёт к возникновению аварийной ситуации.

Я еще раз об этом напомнил, чтобы подчеркнуть насколько важно, при каком токе отключается автомат в вашем доме и правильно выбрать номинал этого защитного устройства. Не менее важно провести грамотный расчет сечения проводов (кабеля) и сделать выбор с достаточным запасом.

Хочу еще отметить низкое качество современной электротехнической продукции. Повсеместно продаются китайские изделия. Такой товар лучше не покупать. Приобретайте автоматические выключатели у добросовестных производителей.