Технические характеристики и принцип действия электрических автоматов

Этапы испытания автоматических выключателей

Ниже рассматриваются конкретные этапы проверки автомата защиты, имеющие первостепенное значение для определения его работоспособности и соответствия нормативным параметрам.

Измерение характеристик отключения

Цель данного этапа – установление фактических рабочих параметров устройства и их соответствие время-токовым характеристикам (ВТХ), указанным в техдокументации завода-изготовителя. Проверке подлежат следующие показатели отключающей способности:

• значение номинального рабочего тока и тока отключения (отсечки);
• время отключения;
• ток и время мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя;
• влияние внешней температуры.

Последний показатель, характеризующий стабильность защиты при температурных колебаниях, обычно не проверяется при испытании автоматических выключателей до 1000 В (исключение – особые производственные условия).

Контроль коммутационной способности

Для проверки коммутационной способности автоматических выключателей тестируется их отключающая характеристика при штатной и предельной нагрузке. С этой целью проводится многократный цикл «включение/отключение» и последующая диагностика сопротивления контактов. Коммутационные испытания выполняются для двух типов выключателей: основного применения и применяемых в цепях с активной нагрузкой. Допустимые отклонения по току, напряжению и частоте составляют ± 5%. Тестирование проводят в испытательных цепях при помощи резисторов и индукционных катушек, подключенных последовательно к выходным выводам.

При протекании переменного тока его форма должна быть близка к синусоидальной. Если ток постоянный, в его форме не должно наблюдаться видимых пульсаций. Коэффициент мощности и постоянная времени приводятся в соответствующих таблицах ГОСТ Р 50031-2012.    

Устойчивость к токам короткого замыкания

Так как сила тока короткого замыкания, проходящего через автоматический выключатель, во много раз больше номинального рабочего тока, необходимо убедиться в том, что устройство сохранит свою функциональность после прохождения через его полюсы токов кз. Испытание считается пройденным, если:

• отсутствует критический износ испытуемого автомата;
• взаимное положение подвижных контактов и индикатора не изменилось;
• нет повреждений неотъемлемой оболочки;
• не произошло ослабление электрических или механических соединений;
• не случилась утечка изолирующего компаунда (при его наличии).

Выполнение указанных условий означает, что механизм коммутации остался работоспособным, а величина переходного сопротивления контактов не вышла за пределы установленной нормы.

Проверка автомата защиты на подлинность

Любой известный бренд пользуется повышенным спросом, из-за чего на рынке попадаются электротовары-подделки, среди которых немало автоматических выключателей. Эти двойники, вероятней всего, не прошли положенный цикл испытаний и, следовательно, несут потенциальную угрозу для потребителя. В частности, подделку автомата АВВ можно определить по следующим признакам:

1. Качество пластика. У подделки пластик обычно гладкий, глянцевый и пружинистый на ощупь (экономия на материале). У оригинала пластик шершавый, матовый, прочный.
2. Штрих-код. На настоящий автомат он наносится методом лазерной печати, на подделку – обычной краской, которая слезает при царапании ногтем или монеткой.
3. Маркировка. При внимательном рассмотрении можно заметить, что логотип и текст на фальшивке отличается от оригинала. Кроме того, на корпусе подлинного изделия чётко просматривается схема подключения, маркировка Ростеста или знак Таможенного союза.

Существуют и другие идентификаторы, такие как RFID-метка и состояние упаковки. Однако они мало что значат: метка вполне может присутствовать и на подделке, а упаковка оригинала может быть повреждена в процессе транспортировки. Но если русский текст на коробочке содержит орфографические ошибки – это верный признак «левой» продукции. 

Класс токоограничения

При появлении сверхтоков (КЗ) изоляция проводов начинает резко нагреваться. Автомат разъединит цепь, когда сила тока достигнет своего максимального значения. За это короткое время изоляция может повредиться. Поэтому установлена еще одна характеристика, которая контролирует этот самый ток, чтобы он не дошел до своего максимума, и автомат отключился.

То есть, данный параметр влияет на безопасность эксплуатации всей электрической схемы дома, плюс долговечность и надежность проводки. По сути, класс токоограничения – это промежуток времени, при котором произойдет размыкание силовых контактов и гашение дуги в гасительной камере прибора. Отсюда и три класса:

• 3 класс – самый высокий, то есть, быстрый. Время гашения – 2,5-6 миллисекунд.
• 2 класс – 6-10 мс.
• 1 класс – более 10 мс.

На корпусе прибора этот параметр обозначается в черном квадрате под обозначением коммутационной способности.

Внимание! Класс 1 на приборе не обозначается. То есть, если вы данный показатель не нашли, значит, этот автомат первого класса

Вот такие технические характеристики у автоматического выключателя. Если в них разобраться, то можно легко подобрать под условия эксплуатации электрической схемы дома определенные приборы.

Существующие номиналы автоматических выключателей по току

Характеристики электрических автоматов

Параметры автоматических выключателей

Характеристики автоматических выключателей – это еще один показатель, по которому они отличаются друг от друга

В первую очередь мастера обращают внимание, насколько защитное оборудование чувствительно к перепадам тока. Достаточно посмотреть соответствующую маркировку, чтобы понять, как устройство будет реагировать на возрастание силы тока

Одни сразу отключают доступ к питанию, в то время как другие срабатывают с задержкой.

В зависимости от чувствительности меняется и маркировка:

• А. Самые чувствительные и эффективные устройства, которые мгновенно отключают электроснабжение, как только фиксируется повышенная нагрузка. Их не используют в бытовых сетях. Основной сферой применения являются цепи, обеспечивающие питанием высокоточное оборудование.
• В. Когда фиксируется превышение током номинального значения силы, автомат отключает питание с небольшой задержкой. В преимущественном большинстве случаев сферой применения этих приборов являются линии, в которые подключается дорогая бытовая техника.
• С. Наиболее популярный вариант автоматов для бытового применения. Когда таким оборудованием регистрируется превышение силы тока, они не сразу отключают электропитание, а с некоторой задержкой. Благодаря этому, если перепад является незначительным, нагрузка может нормализоваться сама, не требуя принудительного отключения всего помещения.
• D. Имеют самую низкую чувствительность, из-за чего основной сферой их применения являются электрощиты, находящиеся на подходе к зданию. Другими словами, этими щитами обеспечивается своеобразная подстраховка квартирных устройств: если последние по каким-то причинам не срабатывают после обнаружения критической ситуации, общая сеть отключается этими приборами.

Селективность

Cat A или Cat B – категория применения в отношении селективности.

Cat A – это обычный автомат. Cat B – это селективный выключатель, который ставится в разветвленных сетях для обеспечения селективности защит.

Грубо говоря, чтобы при КЗ отключался только автомат какой-то конкретной линии, а не главный ввод всей цепочки.

Например, у вас в квартире стоит вводной автоматический выключатель, плюс еще один установлен на лестничной площадке. Даже если номинал автомата в подъезде или лестничной клетке больше, то нет никаких гарантий, что в случае серьезного КЗ сработает тот аппарат, который смонтирован в квартирном щитке.

Чаще всего отрабатывают оба. А представьте, что второй аппарат смонтирован не сразу за дверью, а в щитовой подвала, да еще и под замком? Бывает и такое.

Поэтому в таких ситуациях для ответственных объектов не помешает раскошелиться и применить селективные аппараты.

Ну и конечно в обязательном порядке их нужно ставить в медицинских учреждениях. Дабы какая-нибудь уборщица тетя Глаша, замкнув мокрой тряпкой розетку в подсобке, случайно не обесточила полбольницы вместе с операционной.

Подробнее о тепловом расцепителе

Автоматический выключатель с тепловым расцепителем, тепловой расцепитель — это устройство для защиты электрооборудования. Установка производится в электрических цепях с малым, высоким напряжением. За основу конструкции взята биметаллическая пластина, которая в ответственный момент способна расширяться. Материал может отличаться, многое зависит от производителя.

Основное требование — сопротивление к высоким температурам. Если в первом случае замыкание происходило за счет пружины, в данном варианте срабатывает именно пластина. В момент перегрузки цепи повышается температура. Биметаллическая пластина экстренно реагирует на это, воздействуя на расцепитель. Небольшой механизм замыкания перекрывает контакт. Как в первом случае, ток попросту не идёт далее по сети.

Стандартный автомат срабатывает при отклонении тока в 15-40%. Учитываются номинальные показатели, существует коэффициент расширения. Есть устройства с подвижными контактами. Подобные автоматы работают за счет появления электрической дуги. Когда процесс не контролируется, происходит плавление контактов. Многие знакомы с термином по работе сварочных инверторов.

За счет электрической дуги осуществляется процесс плавления металлов. Для укрощения явления в автомате используется небольшая камера. Это лишь название, по факту, она смотрится, как коробка из наборных пластин. Между ними есть отверстия, но, когда дуга туда попадает, она теряется свойства.

Устройство и принцип действия

Как устроен автомат? Посмотрим, что у него внутри.

На рисунке цифрами обозначены:

• 1 – корпус;
• 2 – механизм взвода и расцепления;
• 3 – электромагнитный расцепитель;
• 4 – рычаг ручного включения/отключения;
• 5 – тепловой расцепитель;
• 6 – регулировочный винт теплового расцепителя;
• 7, 11 – клеммы подключения;
• 8, 9 – силовые контакты;
• 10 – дугогасительная камера.

Прежде чем выяснить, как работает автоматический выключатель, разберем назначение и принцип действия его основных узлов – электромагнитного расцепителя, теплового расцепителя, дугогасительной камеры, механизма взвода и расцепления.

Электромагнитный расцепитель

Быстро отключает автомат при коротком замыкании. Отличается стремительной (доли секунды) реакцией, но только на значительную (2-10 раз в зависимости от типа) перегрузку.

Конструктивно представляет собой электромагнит (соленоид). При значительном токе соленоид втягивает якорь, воздействующий на механизм расцепления.

На незначительные, пусть и длительные перегрузки устройство не реагирует. Это исключает ложные срабатывания автомата на пусковые токи электродвигателей. Его назначение – защита от КЗ.

Тепловой расцепитель

Этот узел иногда называют «тепловой автоматический выключатель». Представляет собой биметаллическую пластину, жестко закрепленную одним концом. При протекании тока пластина изгибается и другим концом активирует механизм расцепления.

Время срабатывания биметаллического расцепителя больше, чем электромагнитного, поскольку на разогрев пластины требуется тем больше времени, чем меньший ток через нее протекает. Обычно время срабатывания теплового расцепителя – от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от тока, протекающего через биметаллическую пластину, и типа автоматического выключателя.

Механизм взвода и расцепления

При включении автомата механизм взводится, соединяет силовые контакты и автоматически блокируется механическим замком. При перегрузке, превышающей заданное значение, или при коротком замыкании соответствующий расцепитель открывает замок. Механизм под действием взведенной ранее пружины приводится в исходное состояние и размыкает силовые контакты.

Дугогаситель

Во время отключения автомата при коротком замыкании между его силовыми контактами возникает электрическая дуга. Задача дугогасителя – как можно быстрее ее погасить, чтобы контакты не были повреждены. Конструктивно дугогасительная камера представляет собой набор металлических  пластин, изолированных друг от друга.

При размыкании контактов образовавшаяся между ними дуга под действием собственного магнитного поля удлиняется, попадает в дугогасительную камеру. Там она быстро охлаждается и гаснет.

Как это работает

Посмотрим, как работает автоматический выключатель. Когда мы переводим ручку ручного включения/отключения, взводится механизм взвода и расцепления. Он замыкает силовые контакты и защелкивается подпружиненным замком. Ручка остается в верхнем положении. Автомат пропускает ток.

Пока этот ток не превышает номинальный (зависит от модели автоматического выключателя), ничего не меняется, поскольку электромагнитному расцепителю не хватает сил втянуть якорь, а биметаллическая пластина теплового расцепителя успевает охлаждаться естественным образом и практически не изгибается.

Если ток превышает номинальный, то биметаллическая пластина не успевает охлаждаться и постепенно нагревается, изгибается и нажимает на коромысло замка. Замок открывается,  механизм взвода и расцепления срабатывает и расключает силовые контакты. На фото ниже коромысло замка отмечено голубой линией, а сам замок обведен малиновым кружком.

При коротком замыкании на это же коромысло давит сердечник электромагнитного расцепителя. Автомат срабатывает, но гораздо быстрее. На фото выше красной полукруглой стрелкой отмечено направление движения коромысла при срабатывании электромагнитного расцепителя, а желтой – теплового.

В момент расключения электрическая дуга втягивается в дугогасительную камеру (на фото выше отмечена зеленой стрелкой) и гаснет.

Наглядно принцип работы автоматического выключателя описан в видеоролике, представленном ниже.

Реакция на короткое замыкание

Современные выключатели способны обезопасить сеть не только от скачков напряжения и перегруза, но и от частых замыканий. Как известно, подобные происшествия повышают интенсивность тока до той температуры, при которой начинается процесс расплавления изоляции проводки. А ведь подобное происшествие влечет за собой опасные последствия и может привести к пожарной ситуации. Чтобы избежать образования коротких замыканий, нужно вовремя выключить электричество. Именно для этих целей и используется выключатель.

Устройство состоит из катушки соленоида и сердечника, который фиксируется посредством небольшой пружины. При возникновении непредвиденного скачка напряжения начинает расти магнитная индукция. В связи с этим происходит моментальное размыкание контактов, а подача электротока в защищаемый участок приостанавливается. Электромагнитная деталь включается за несколько миллисекунд и препятствует воспламенению изоляции.

При отключении контактов между ними образуется дуга с температурой до 3 тыс. градусов. Естественно, бытовые приборы не способны перенести воздействие такого температурного режима, поэтому защитные автоматы дополнительно оснащают элементом гашения дуги, которые напоминают собой коробку из металлических пластинок.

Расшифровка маркировки

При покупке модульного прибора защиты стоит оценивать не только марку и внешний вид. Важную роль играют характеристики автомата. Для этого нужно разбираться в информации, которую несёт в себе маркировка автоматических выключателей. Она включает:

• бренд;
• модель;
• артикул;
• класс токоограничения;
• ток отключения;
• время-токовую характеристику;
• номинальный ток и напряжение;
• схему подключения.

Бренд, модель и токовая характеристика

Начинается маркировка с названия фирмы изготовителя, которое наносится на верхнюю часть корпуса. Самые известные — Schneider Electric, ABB, Hager и IEK. Они давно остаются лидерами продаж на рынке, так как выпускают продукцию высокого качества.

Линейная серия выключателя зачастую означает серию прибора в линейке изготовителя, выполняется она цифрами и буквами. К примеру, SH200 — это серия устройств от ABB, а Acti9 — представляет Schneider Electric.

По модели можно определить цену и технические характеристики. S200, к примеру, рассчитан на замыкание до 6 кА и более дорогой, чем модель SH200 (до 4,5 кА).

Существует пять видов время-токовых свойств выключателя, наносятся они латинскими буквами B, C, D, K и Z. Широко распространены первые 3 характеристики. В случаях сильной нагрузки и активного применения электроники нужны «K» и «Z».

Номинальный ток и напряжение

Цифра, идущая после букв, означает номинал выключателя — это максимальный проходящий ток, при котором автомат не отключается. Указывается он для t +30 С. К примеру, устройство с номинальным током 15 А выдержит такую нагрузку до 30 С, если же t поднимется выше, то прибор сработает при меньшем токе.

При возникновении КЗ в сети появляется сверхток и автомат срабатывает за 0,015 с. Если же автомат неисправен, изоляция может начать плавиться, что чревато воспламенением.

Под время-токовой характеристикой в Вольтах обозначено напряжение (переменное/постоянное) с номинальным значением. Этот показатель определяет тип сети, в которой может использоваться автомат. Например, 230/400 V значит, что напряжение трёхфазной сети равно 400 V, а однофазной — 230 V.

Ток отключения и класс токоограничения

Максимальный ток КЗ, который проходит через устройство и не выводит его из строя, называется номинальным током отключения. Значение предельных токов для модульных выключателей бывает 4500 А, 6000 А и 1000 А.

Ниже наносится класс токоограничения. Сверхтоки опасны выделением энергии, что приводит к плавлению проводки. Выключатель срабатывает тогда, когда ток КЗ максимален. Но чтобы набрать этот максимум, должно пройти время. Чем оно больше, тем сильнее нанесённый оборудованию и проводке ущерб.

Токоограничитель ускоряет время отключение автомата, это не позволяет току короткого замыкания достичь своего пика. Классы токоограничения наносятся в квадрат. Чем больше цифра, тем скорее сработает выключатель:

1. Ограничение для первого класса составляет больше 10 мс. При этом классе нет маркировки на корпусе автомата.
2. Время второго класса — от 6 мс до 10 мс.
3. Третий класс срабатывает быстрее всех — 2−6 мс.

https://youtube.com/watch?v=UNxICEnY8Pw

Подключение и артикул

Бывает, что на производстве в маркировку автоматов включают схему для подключения. Она состоит из цепи, расцепителей и контактов.

Маркировка 1 и 2 на однополюсных выключателях означает верхний и нижний контакт. К 1 подключается питающий провод, нагрузка — к 2. На двухполюсных автоматах цифры 1/3 означают верхний контакт, 2/4 — нижний.

Ещё возле схемы иногда встречается маркировка N, указывающая на клемму, к которой нужно подключать нулевой проводник

Важно такое обозначение в том случае, когда отсутствует расцепитель

Найти любую модель выключателя в каталоге торговой точки поможет артикул. Такая информация может быть нанесена с разных сторон прибора.

Маркировка электрических автоматов поможет подобрать наиболее подходящий прибор для жилого помещения. Однако стоит учитывать не только технические характеристики, но и эксплуатационные особенности автомата. Ведь понимание условий эксплуатации не только предотвратит поломки, но и увеличит безопасность работы с электроприборами в доме.

Автоматические выключатели – технические характеристики и правильный выбор по ним

Наверное, нет сегодня такого человека, который бы не знал, что такое автомат (автоматический выключатель), для чего он устанавливается в распределительном щите квартиры или дома. Но не многие знают, по каким критериям его надо подбирать. То есть, что является основной его качественной и долгосрочной работы. Поэтому тема этой статьи: «автоматические выключатели – технические характеристики». Именно по ним можно подобрать автомат для электрической сети вашего дома. Но тут встает вопрос, сколько технических характеристик влияют на его работу, какие из них главные, а какие второстепенные? Давайте разбираться.

Общие сведения об автоматах

Автоматы для электрощитка

Как правило, автомат содержат три типа расцепителя электрической цепи: тепловой, электромагнитный и механический. Первый предназначен для защиты электрических цепей от перегрузки по току, второй – от короткого замыкания в цепях нагрузки, третий – для оперативных коммутаций электрических цепей.

Существуют электрические автоматы, выполняющие защитные функции от перегрузки и поражения электрическим током (ЭТ). Это выключатели, управляемые дифференциальным током со встроенной защитой от токовых перегрузок – дифавтоматы (ДВ).

Основные технические характеристики автоматических выключателей (АВ)

Номиналы автоматов для различных электросетей

Номинальное напряжение – установленное изготовителем значение, при котором определена работоспособность АВ.

Номинальный ток – установленный изготовителем ток, который АВ способен проводить в продолжительном режиме, при котором главные контакты остаются замкнутыми при указанной контрольной температуре окружающего воздуха (стандартно +30 °С).

Частота выключателя – это промышленная частота, на которую рассчитанно устройство и которой соответствуют значения других характеристик.

Номинальная наибольшая отключающая способность – значение ЭТ, которое может отключить АВ, сохранив при этом свою работоспособность.

Класс токоограничения характеризуется временем отключения между началом размыкания выключателя и концом времени дуги. Существует три класса токоограничения:

• время отключения АВ 3 класса происходит в пределах 2,5 – 6 мс;
• 2 класса – 6–10 мс;
• 1 класса – более 10 мс.

Существует несколько типов защитных (время-токовых) характеристик АВ, наиболее востребованы – B, C и D

Тип защитной характеристики	Диапазон токов мгновенного расцепления, приведенных к номинальному значению тока АВ	Назначение
A	от 1,3Iн	Для защиты цепей, в которых временные перегрузки по току не могут возникать в штатном режиме работы.
В	от 3Iн до 5Iн	Для защиты цепей, в которых допускаются незначительные временные токовые перегрузки в штатном режиме работы.
С	от 5Iн до 10Iн	Для защиты цепей, в которых допускаются умеренные временные токовые перегрузки в штатном режиме работы.
D	от 10Iн до 20Iн	Для защиты цепей со значительными временными токовыми перегрузками в штатном режиме работы.
K	от 12 Iн	Для защиты промышленных цепей использующих индуктивную нагрузку.
Z	от 4 Iн	Для защиты промышленных цепей использующих в качестве нагрузки промышленную электронную технику.

Дифференциальные автоматические выключатели

Дифференциальный автоматический выключатель

Номинальный отключающий дифференциальный ток IΔn – значение отключающего дифференциального тока, указанное изготовителем, при котором ДВ должен срабатывать при заданных условиях.

Номинальный неотключающий дифференциальный ток IΔn0 – значение неотключающего дифференциального тока, указанное изготовителем, при котором ДВ не срабатывает при заданных условиях.

Номинальная дифференциальная наибольшая включающая и отключающая способность IΔm0 – действующее значение переменной составляющей ожидаемого дифференциального тока, которое ДВ может включать, проводить и отключать.

ДВ бывают трех типов:

• S – с выдержкой времени срабатывания по дифференциальному току.
• АС – обеспечивается срабатывание при синусоидальном переменном дифференциальном токе, либо прикладываемом скачком, либо медленнорастущем.
• А – обеспечивает срабатывание при дифференциальном синусоидальном переменном токе и дифференциальном пульсирующем постоянном токе, прикладываемом скачком, либо медленнорастущем.

Элестрический автомат: понятие и необходимость

Электрический автомат, или автоматический выключатель, представляет собой механическое коммутационное устройство, посредством которого можно вручную добиться обесточивания всей электросети или же конкретного ее участка. Сделать это можно в доме, квартире, на даче, в гараже и т.п. Более того, такой прибор оснащается функцией автоматического выключения электрического кабеля при возникновении аварийных ситуаций: например, в случае короткого замыкания либо при перегрузке. Отличие таких автоматических выключателей от обычных предохранителей состоит в том, что после срабатывания их можно кнопкой включить вновь.

Поговорим о том, как выбирать автоматы: электрические автоматы существуют в большом многообразии, что требует учета сразу целого ряда факторов при их покупке.

Нужен ли такой автомат? Необходимо дать утвердительный ответ. Исправно работающий автоматический выключатель будет защищать ваше помещение от различных неприятных ситуаций, в том числе от:

• пожаров;
• поражений электрическим током;
• повреждений проводки.

Итак, при выборе автомата, как мы отмечали, следует учитывать сразу несколько показателей. Рассмотрим их по порядку.