Автомат защиты сети

Как работает автомат и от чего он защищает

Внешне автоматический выключатель представляет собой пластиковый коробок с клеммами для подсоединения проводки, плюс тумблер. Лезть внутрь не обязательно

Для нас важно, что в нем установлены контакты, тепловой и электромагнитный расцепители, которые отвечают за обесточивание сети при повышенной и экстремальной нагрузке

Как расшифровать маркировку на автоматическом выключателе:

• Буква (A, B, C, D) – это класс автомата, она означает предел тока мгновенного срабатывания, то есть напряжения, когда автомат сразу же обесточивает сеть в квартире. В большинстве случаев в жилых домах будет стоять автомат с буквой C. Он будет моментально срабатывать при 5-10 кратном увеличении силы тока от номинала. То есть автомат с номиналом 10 А вырубит сеть без задержки при значении силы тока 50-100 А. Автомат с B-характеристикой (3-5 кратное превышение) тоже самое сделает при значении 30-50 А.
• Цифра указывает на номинальный ток, то есть значение, до которого автомат будет работать в штатном режиме, ничего не выключая. Тот же автомат на 10 А при превышении силы тока до 11,5 сработает лишь через два часа. При 14,5 подождет минуту, если перенапряжение сети не исчезнет, обесточит квартиру. И так далее, до пиковых значений, обозначенных буквой, когда сеть упадет без задержки.
• Рядом меньшим шрифтом будет стоять другая цифра (в тысячах ампер), обозначающая максимальное значение силы тока, при котором автомат сработает, не получив повреждений.

В чем здесь фокус, почему нельзя сразу отключить сеть, если превышено номинальное значение? Автомат учитывает кратковременные токи, возникающие в сети на доли секунды при включении электрооборудования. Когда вы включаете стиральную машину, пусковой ток может быть выше номинального в 2-3 раза.

Основная функция автоматического выключателя – защищать сеть от короткого замыкания и перегрузки. Когда по линии течет слишком большой ток, проводка нагревается. Если это происходит слишком долго – провод может загореться.

Автомату по большому счету все равно на ваши электроприборы, он их, вопреки расхожему мнению, не защищает от скачков напряжения. Но потерять микроволновку или чайник, подключенные к розетке, это одно, а перегоревшая проводка в стене или в люстре – другое.

Важно понимать, что и от удара током человека при случайном касании токоведущих участков и заземленных предметов автомат тоже не убережет. Для этого существуют устройства защитного отключения (УЗО)

Советуют ставить одно общее после вводного автомата и на группы, где есть риск поражения током.

Какие еще параметры важны при выборе

Количество полюсов

Для простоты восприятия, вынесем за скобки трехфазные выключатели. Выбираем между 1 и 2 полюсными конструкциями. С точки зрения Правил устройства электроустановок (ПУЭ), разницы нет. Но те же правила подразумевают качественную организацию заземления или зануления. А если возникнет проблема с появлением фазы на нуле (к сожалению, в старом жилом фонде это реально), то лучше будет полностью отключить вашу квартиру от линий электропередач. Поэтому, если вы можете выбрать какой вводной автомат устанавливать — возьмите двухполюсный.

Время — токовая характеристика

Существуют разные типы кривых времятоковых характеристик, обозначаются они латинскими буквами: A, B, C, D… Начиная с A и далее происходит постепенное загрубление чувствительности устройства. Например, тип «B» означает срабатывание электромагнитного расцепителя при 3–4 кратном превышении тока, тип «C» при 5–7 кратном, «D» при 10-ти кратном. Тепловой расцепитель будет срабатывать одинаковым образом у разных типов времятоковых характеристик.

Более точные данные всегда необходимо получать из документации производителя на каждое конкретное изделие, например, для вводных автоматов BA47-29 характеристики срабатывания следующие:

Пример графиков для BA47-29 с характеристиками (типами) B, C, D приведены ниже на картинке, зависимости для других типов можно найти на официальных сайтах производителей. Выбор того или иного типа обусловлен видом подключаемой нагрузки, а точнее ее способностью потреблять ток скачкообразно. Например, у двигателей пусковой ток превышает номинальный в несколько раз, и в зависимости от их разновидностей могут применяться устройства типа «C» или «D». Тип «B» рекомендован при нагрузках, не имеющих значительных пусковых токов.

Также, использование типов с уменьшенной чувствительностью срабатывания имеет смысл для увеличения вероятности срабатывания нижестоящих групп автоматических выключателей.

Номинальный ток

Основная характеристика, по которой и происходит, в основном, выбор устройства. Тем не менее, как мы убедились в предыдущем разделе, необходимо учитывать и времятоковую характеристику, так как реальный ток срабатывания зависит одновременно как от номинального тока, так и от типа характеристики. В ранее приведенных таблицах номинальный ток обозначен как In. Теоретически, при отсутствии пусковых токов, нагрузка, потребляющая ток, равный номинальному не должна приводить к срабатыванию (отключению) устройства.

Способ крепления

На сегодняшний день, альтернативы нет. Это выключатели, которые устанавливаются на DIN рейку. Никакого прямого прикручивания на стену или корпус щитка. Только монтаж на DIN фиксаторы. Однако, при использовании специальных аксессуаров возможны и другие типы крепления.

Прибор может быть в отдельном корпусе, или установлен в общий щит — это неважно. Главное, обеспечить свободный доступ для владельца

Важный момент: опломбировка вводного автомата. Есть множество способов ограничить доступ к контактам (для исключения несанкционированного подключения). Можно установить заглушки на отверстия для затяжки винтов на контактах.Или просто поставить пломбы на крышки, закрывающие контактные группы.Главное, чтобы после опломбирования можно было беспрепятственно включать и выключать энергоснабжения.

Какой автоматический выключатель выбрать

Перед покупкой автоматического коммутатора нужно не только просматривать рейтинг отечественных и зарубежных автоматических выключателей

Стоит обращать внимание на основные параметры:

• Место установки. Для гостиной с телевизором мощностью 300 Вт и кондиционером на 2000 Вт хватит прибора мощностью 16 А. В гараж с оборудованием мощностью 3000 Вт нужен переключатель на 25-30 А.
• Вид устройства. Модульные ставятся в короб на стандартную дин-рейку. Силовые можно собрать в навесном шкафу на болтовых крепежах.
• Число полюсов. В одно помещение устанавливают однополюсный переключатель, в дом лучше поставить модель с четырехполюсным соединением.
• Отключающая способность. Показатель авторестарта бывает от 1,5 до 36 кА. В квартиру подойдет аппарат со значением 4,5-6 кА, для гаража-мастерской – со значением 10 кА.
• Напряжение сети. Для розеток на 220 В требуется аналогичное защитное оборудование. При колебаниях напряжения 180-240 В – автомат на 240 В.
• Контакты. В условиях дома или квартиры эксплуатируются коммутаторы со стандартными контактами.
• Расположение клемм. Заднее оправдано при наличии доступа с боков и длинных проводах, переднее подойдет для устройств в узком корпусе с короткими проводами.
• Производитель. На основании рейтинга выше можно определить, какой фирмы лучше выбрать электрические автоматы.

Принцип действия автоматического выключателя

Теперь разберемся, как работает автомат защиты сети. Подключение его осуществляется подъемом вверх рукоятки управления. Чтобы отключить АВ от сети, рычаг опускают вниз.

Когда автомат защитный электрический функционирует в обычном режиме, то электрический ток при поднятой вверх рукоятке управления поступает к аппарату через подсоединенный к верхней клемме кабель питания. Поток электронов идет к неподвижному контакту, а от него – к подвижному.

Затем по гибкому проводнику ток поступает на соленоид электромагнитного расцепителя. С него по второму гибкому проводнику электричество идет к биметаллической пластине, входящей в тепловой расцепитель. Пройдя по пластине, поток электронов через нижнюю клемму уходит в подключенную сеть.

Особенности работы теплового расцепителя

При превышении током цепи, в которой установлен автомат защиты, номинала устройства возникает перегрузка. Поток электронов высокой мощности, проходя через биметаллическую пластину, оказывает на нее термическое воздействие, делая более мягкой и заставляя выгнуться в сторону отключающего элемента. При вступлении последнего в контакт с пластиной происходит срабатывание автомата, и подача тока в цепь прекращается. Таким образом, тепловая защита позволяет не допустить чрезмерного нагревания проводника, которое может привести к расплавлению изоляционного слоя и выходу проводки из строя.

Нагревание биметаллической пластины до такой степени, чтобы она изогнулась и вызвала срабатывание АВ, происходит в течение определенного времени. Оно зависит от того, насколько величина тока превышает номинал автомата, и может занять как несколько секунд, так и час.

Срабатывание теплового расцепителя происходит в случае превышения током цепи номинала автомата как минимум на 13%. После остывания биметаллической пластины и нормализации величины текущего тока защитное устройство можно будет снова включить.

Если воздух в помещении, где установлен аппарат, имеет высокую температуру, то пластина нагреется до отключающего предела быстрее, чем обычно, и может сработать даже при незначительном возрастании тока. И наоборот, если в доме холодно, нагревание пластинки будет происходить медленнее, и время до отключения цепи увеличится.

Срабатывание теплового расцепителя, как было сказано, требует определенного времени, в течение которого ток цепи может прийти в норму. Тогда перегрузка исчезнет, и отключения устройства не произойдет. Если же величина электротока не снижается, автомат обесточивает цепь, предотвращая оплавление изоляционного слоя и не допуская возгорания кабеля.

Причиной перегрузки чаще всего становится включение в цепь устройств, суммарная мощность которых превышает расчетную для конкретно взятой линии.

Нюансы электромагнитной защиты

Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты сети от короткого замыкания и по принципу работы отличается от теплового. Под действием сверхтоков КЗ в соленоиде возникает мощное магнитное поле. Оно сдвигает в сторону сердечник катушки, который размыкает силовые контакты защитного устройства, воздействуя на механизм расцепителя. Питание линии прекращается, благодаря чему исчезает опасность возгорания проводки, а также разрушения замкнувшей установки и автоматического выключателя.

Поскольку в случае КЗ в цепи происходит мгновенное возрастание тока до величины, способной за короткое время привести к тяжелым последствия, срабатывание автомата под воздействием электромагнитного расцепителя происходит за сотые доли секунды. Правда, при этом ток должен превысить номинал АВ в 3 и более раза.

Наглядно про автоматические выключатели на видео:

Дугогасительная камера

Когда контакты цепи, через которую протекает электрический ток, размыкаются, между ними возникает электрическая дуга, мощность которой прямо пропорциональна величине сетевого тока. Она оказывает на контакты разрушающее воздействие, поэтому для их защиты в состав устройства входит дугогасительная камера, представляющая собой набор пластинок, установленных параллельно друг другу.

При контакте с пластинами происходит дробление дуги, в результате чего снижается ее температура и происходит затухание. Газы, возникшие при появлении дуги, через специальное отверстие удаляются из корпусной части защитного устройства.

Лучшие зарубежные производители

Рейтинг иностранных производителей автоматов защиты и приборов УЗО поможет выбрать качественную продукцию для домашней электросети. Пользователи выделили Топ-4 брендов.

1 место – АВВ

Компания вошла в рейтинг производителей автоматов для электропроводки в квартире на основании безопасности и надежности продукции. Дорогие приборы в условиях постоянных скачков напряжения не перегорают.

Плюсы:

• компактность;
• легко собрать в щиток;
• безопасность;
• наличие выключателей с 4-мя полюсами;
• ровные края.

Минусы:

• пазы под рейку одноразовые;
• маленький выбор моделей D-класса.

2 место – Siemens

Из ассортимента легко подобрать надежный выключатель для бытовых и промышленных целей. Изготовитель устанавливает стоимость приборов в 3 раза дешевле АВВ, поэтому их стоит взять для установки в помещениях со средней нагрузкой сети. Отключение происходит при увеличении напряжения до 6 кА.

Плюсы:

• винты с подшлицовыми шляпками для крепкой фиксации;
• легкость восстановления цепи при срабатывании выключателя;
• легкость доступа к смещенному вниз распредкоробу.

Минусы:

• россиянам преимущественно доступны товары с током до 63 А;
• продукция исключительно под С-класс срабатывания;
• винты затягиваются специальной отверткой.

3 место – General Electric

В рейтинг производителей УЗО и автоматов бренд попал по причинам износостойкости, длительности эксплуатации, недорогой стоимости продукции. Номинал выключателей – от 0,5 до 63 А. Они подходят для сетей на 230-400 В.

Плюсы:

• 30 видов товаров под трех- и однофазные сети;
• бытовая серия рассчитана на 10 тыс. срабатываний и 20 тыс. механических обрывов цепи;
• рельефный тумблер;
• компактность.

Минусы:

• предел номинала – 63 А;
• подходят только под С-класс отключения.

4 место – Schneider Electric

Бытовая линейка этой марки иностранных автоматов EASY 9 характеризуется качеством изготовления и доступной стоимостью. Монтаж осуществляется на дин-рейку, срабатывание при скачках напряжения – практически моментальное. Номинал срабатывания составляет 0,5-63 А.

Плюсы:

• автоматы под 1-4 полюса;
• качественные подклеммные отверстия;
• большой выбор модульных приборов;
• несколько однофазников в одном корпусе;
• удобная ручка тумблера;
• долговечность и надежность.

Минусы: кривая – только у приборов класса В и С; высокая цена.

Классификация

Согласно классификации ГОСТа 9098-78, в ответ на то, какие бывают автоматы, стоит указать, что аппарат бывает:

• однополюсным, двухполюсным, трехполюсным и четырехполюсным;
• токоограничивающим и нетокоограничивающим;
• выкатным и стационарным;
• селективным и неселективным;
• ручным, двигательным и пружинным.

Бывает создан для работы с постоянным или переменным током, иметь в себе максимальный, независимый или нулевой токовый расцепитель. Также есть классификация по выдержке времени, по контактам, по внешним проводникам, по степени защиты и присоединению проводников.

Число полюсов

По числу полюсов бывает одно-, двух-, трех- и четырехполюсная модель. Чаще всего используется в работе одно- и двух-полюсная модель, несмотря на сниженный класс автоматических выключателей защиты.

Обратите внимание! Это характеристика показывает тот факт, сколько можно подключить проводов к аппарату, чтобы защитить сеть. Однополюсная модель как одна из самых распространенных

Однополюсная модель как одна из самых распространенных

Время токовый параметр

Время-токовая характеристика автомата — зависимость времени срабатывания устройства от энергии электричества, которая протекает через него. Прописывается на каждом устройстве буквой В, С и Д. В первом случае аппарат выключается за 20 секунд. Создан для домашнего использования. Во втором случае автомат выключается за 10 секунд. Применяется как в быту, так и в промышленной сфере. Автовыключатели, имеющие последнюю техническую характеристику, используются только в промышленности. Они работают с током в 14 ампер и выключаются за 10 секунд. Эту разновидность эффективно используют в проводке.

Номинальный ток

Всего на данный момент известно о двенадцати модификационных моделей автоматов, которые отличаются по номинальному току. Этот параметр ответственен за то, чтобы при превышении номинального напряжения срабатывал автомат. Аппарат с малым номиналом используется там, где малое количество электрооборудования. Выключатели в 16 ампер позволяют обеспечить бесперебойной работой всей квартиры. Автоматы с номиналом в 32 ампера защищают проводку квартиры. Аппараты, имеющие большое значение амперов, используются для силового оборудования, имеющего большую мощность.

Модель с номинальным током в 16 ампер

Отключающая способность

Отключающая способность — характеристика, при которой автомат срабатывает, если напряжение в сети выше установленного номинального токового значения.

Как устроен защитный автомат изнутри

Я сделал фото, на котором подписал составные части конструкции автоматического выключателя и их назначение, по часовой стрелке:

Внутреннее устройство и составные части автоматического выключателя. Положение – “выключено”, вид со снятой правой стенкой

• 1.Верхний (неподвижный) контакт. На этом контакте постоянно присутствует напряжение, которое подается через верхнюю клемму 15.
• 2. Нижний (подвижный) контакт. Этот контакт при включении поднимается вверх, и замыкается с неподвижным. Причина, по которой в ПУЭ 3.1.6 и 4.1.9 сказано, что питание “должно, как правило”, подаваться на верхний, неподвижный контакт. Ведь если подавать питание наоборот, при поломке под действием силы тяжести возможны негативные последствия. Можно, конечно, подавать питание и на нижний контакт – всё будет прекрасно работать. Но так же можно ездить по левой полосе дороги)
• 3. Направляющая пластина дуги. Дуга возникает при размыкании контактами большого тока, такова физика. Чтобы как-то “приручить” дугу (фактически, это пламя большой мощности), неподвижный контакт продлевают металлической направляющей, по которой “стелется” дуга.
• 4. Дугогасительная камера. Дуга при попадании в эту камеру разбивается на части и теряет свою энергию.
• 5. Рычаг механизма размыкания. (Точки действия теплового и ЭМ расцепителей). Когда автомат включен, поворот рычага по часовой стрелке на несколько градусов приводит к тому, что рычаг выходит из зацепления с рычагом фиксатора механизма размыкания 12.
• 6. Пути прохода продуктов горения дуги.
• 7. Нижняя клемма. Это выходная клемма, к ней подключается нагрузка.
• 8. Винт регулировки теплового расцепителя. Об это подробно ниже.
• 9. Пластина теплового расцепителя. Это та самая пластина, которая является частью теплового расцепителя. Платина изгибается при прохождении через не тока. Она своим краем, на который приварен гибкий поводок, нажимает на рычаг механизма размыкания 5. На пластинке выбита цифра “6”. Очевидно, это номинальный ток теплового расцепителя In.
• 10. Ручка для включения/выключения. Этим единственным органом управления можно включить или выключить автомат вручную. Когда срабатывает любой из расцепителей, контакты размыкаются, ручка щёлкает в положение “выключено”.
• 11. Катушка электромагнитного расцепителя. Через эту катушку проходит ток нагрузки, со всеми электротехническими последствиями.
• 12. Рычаг фиксатора механизма размыкания. Эта деталька является посредником между рычагом 5 и подвижным контактом 2. При срабатывании любого из расцепителей она выходит из зацепления с рычагом 5, и действует подобно входу “RESET” триггера.
• 13. Гибкий поводок между подвижным контактом и катушкой ЭМ расцепителя. На самом деле, есть 2 гибких поводка на обоих выводах катушки. Оба они идут на подвижные детали устройства.
• 14. Сердечник катушки ЭМ расцепителя. Именно этот сердечник своим нижним концом воздействует при соответствующем сверхтоке на рычаг 5.
• 15. Верхняя клемма. Сюда прикручивается провод, который подает напряжение от источника питания. Его ещё называют “острый конец”.

На этом фото показан выключенный автомат TEXENERGO B6, а вот фото во включенном состоянии:

Автомат TEXENERGO включен в разобранном состоянии

Не правда ли, предохранитель устроен гораздо проще автомата?

Зачем менять автомат?

Любой электрик скажет: «При наличии отсутствия острой необходимости лучше в электропроводку дома своими руками не лезть». Последствия могут быть печальными. Когда же возникает такая необходимость?

Для того чтобы поменять розетку, нужно знать физику за 8-9 классы. С прочей электрической начинкой все немного сложнее. Если в квартире регулярно срабатывает автомат (автоматический выключатель в щитке) и пропадает свет, пора его менять.

Вероятно, автоматический выключатель выработал свой ресурс, даже несмотря на то, что срок, указанный в паспорте, еще не истек. Изношенный аппарат на 16 А может срабатывать при слабой нагрузке на сеть (10 А), а может не срабатывать при экстремальных значениях (произойдет спаивание контактов, дальше – пожар).

Напомним на всякий случай некоторые сведения из школьной программы:

• Мощность = Напряжение х Ток.
• Ток = Мощность Напряжение.

Напряжение в розетке – 220 В. На кофеварке указано 1200 Вт, значит, потребляемый ток будет 1200220=5,45 (А).

Если вам удалось сложить мощность всех домашних электроприборов и рассчитать общую силу тока, можете считать себя электриком второго уровня.

Маркировка автоматов защиты

Посмотрим где смотреть на корпусе автомата защиты, выше упомянутые значения токов отсечки и времени срабатывания.

Отключающая способность это характеристика надежности автомата защиты. Например, на фото вы видите маркировку отключающей способности в 10000 Ампер. Это значит, что после срабатывания автомата   при токе короткого замыкания менее 10000 ампер, автомат останется в исправном состоянии и может продолжить работу, после устранения неисправности.

В ГОСТ Р 50345 определены стандартные значения номинала отключающей способности автоматов защиты: 1500 А, 3000 А, 4500 А, 6000А, 10 000 А.

Класс токоограничения. Автомат с токоограничением не позволяет току короткого замыкания достигнуть максимального значения, и отключение происходит быстрее.

Класс токоограничения маркируется цифрами:

2 Класс – снижение времени отключения на половину полупериода;

3 Класс – снижение на треть полупериода.

В завершении статьи, нужно упомянуть, что выбор автомата защиты придется делать из следующих номиналов АЗ для крепления на DIN-рейку:

Типы расцепителей

В защиту включают электромагнитный и термический расцепитель. Работа каждого элемента автономна и не зависит от состояния друг друга.

Тепловой расцепитель представляет собой металлическую пластину, назначение которой — реагирование на нагрев. Для включения прибора пластина должна остыть до исходной допустимой температуры.

Принцип действия автоматического выключателя зависит от конкретной ситуации.

Рабочий режим

Электрические автоматы включаются поднятием рычага управления. Механизм взвода и расцепления переключается в активное состояние. Происходит коммутация силовых контактов: ток протекает между ними (от неподвижного к подвижному). После этого движение продолжается через гибкую связь на катушку электромагнитного расцепителя, после — по гибкой связи на тепловой расцепитель. На «питающую» электролинию ток выходит через нижнюю клемму.

Механизм действия при коротком замыкании (КЗ)

Своевременное отключение подачи нагрузки обеспечивается электромагнитным расцепителем. Принцип работы автоматического выключателя при КЗ сводится к следующей схеме: превышающее допустимую норму напряжение, протекая через электромагнитную катушку расцепителя, образует магнитное поле высокой мощности. В результате якорь с подвижным контактом опускается вниз, воздействуя на рычаг спускового механизма, после чего отключается нагрузка.

Таким образом, незамедлительно возникшее магнитное поле провоцирует реакцию на обесточивание сети до возникновения аварийной ситуации.

В ходе возникновения разряда, между контактами образуются продукты горения, а также повышается давление внутри корпуса автомата. Требуется устранение побочных реакций, для чего предусмотрены каналы в коробе автомата.

Перегрузка

Сеть защищается благодаря тепловому расцепителю — биметаллической пластине. При этом ток, поступая через нее, может превышать значение нормы, что ведет к ее перегреву и последующему изгибу. Достигая определенного угла изгиба, пластина воздействует на спусковое устройство, в ходе чего автомат отключается.

Разогрев биметалла требует времени. Продолжительность зависит от степени превышения значения воздействующего тока и может составлять несколько секунд или длиться до часа. Это свойство позволяет не отключать питание при непродолжительных или случайных превышениях тока в сети. Нижняя граница допустимого значения, при котором срабатывает терморасцепитель, устанавливается заводом-изготовителем. На корректную работу теплового элемента способна влиять температура воздуха окружающей среды. Указанные в маркировке технические параметры актуальны для температуры до 30 градусов. В прохладном помещении ток может достигать значения выше допустимого, в жарком — срабатывать при более низком значении.

Термический расцепитель более медлительный, чем магнитный, но имеет преимущество, так как работает более точно, а настроить его проще.