Автомат защиты сети

Во всех электрических сетях используется большое количество приборов, основной функцией которых является защита линий и оборудования от токовых перегрузок и коротких замыканий. Среди них широкое распространение получил автомат защиты сети, выполняющий не только защиту, но и коммутацию цепей. Таким образом, автоматические выключатели обеспечивают включение и выключение конкретных участков, защищают их от токовых перегрузок путем отключения защищаемых цепей при возникновении аварийных ситуаций.

Типы электрических автоматов

Автоматические выключатели широко используются в системах электроснабжения, обеспечивая надежную защиту электрическим цепям и сетям, бытовым приборам и электрооборудованию. Их основной задачей является обесточивание цепи в нужный момент путем отключения подачи электрического тока. Срабатывание автомата защиты происходит при коротких замыканиях, а также при нагреве проводов из-за перегрузок в сети.

Автоматы защиты сети могут работать в цепях постоянного и переменного тока, а универсальные конструкции способны работать при наличии в сети любого электрического тока. В соответствии с конструкцией, они разделяются на три типа, которые служат основой для других разновидностей автоматических выключателей:

Воздушные автоматы. Используются в промышленном производстве, где токи в цепях могут достигать нескольких тысяч ампер.
Автоматы в литом корпусе. Отличаются широким рабочим диапазоном, составляющим от 16 до 1000 А.
Модульные автоматы. Именно они широко используются в квартирах и частных домах. Их название связано со стандартной шириной, составляющей кратность в 17,5 мм, в зависимости от количества полюсов. То есть, в одном блоке может использоваться сразу несколько выключателей.

Все автоматы защиты разделяются в соответствии с показателями номинального тока и напряжения, поскольку большинство защитных устройств устанавливаются в сетях 220 или 380В.

Автоматические выключатели могут быть токоограничивающими и не токоограничивающими. В первом случае автомат представляет собой выключатель, в котором время отключения установлено на чрезвычайно малую величину, в течение которой токи короткого замыкания не успевают достичь максимума.

Автоматы классифицируются по числу полюсов и могут быть одно-, двух-, трех- и четырехполюсными. Они оборудуются максимальными, независимыми, минимальными или нулевыми расцепителями напряжения. Большое значение имеет скорость срабатывания, когда устройства могут быть нормальными, быстродействующими и селективными. В некоторых приборах допускается сочетание технических характеристик. Некоторые модели оборудуются свободными контактами, а проводники подключаются к ним разными способами.

Существует разделение на различные типы по конструкции расцепителя или размыкателя, установленного в автомате. Данные элементы играют важную роль и разделяются как магнитные и тепловые. В первом случае размыкатель относится к быстродействующим и обеспечивает защиту при коротких замыканиях. Время срабатывания составляет от 0,005 до 3-4 секунд. Работа теплового расцепителя происходит гораздо медленнее, поэтому он используется в основном для защиты от перегрузок. Основой элемента является биметаллическая пластина, нагревающаяся при возрастающих нагрузках. Период срабатывания находится в пределах от 3-4 секунд до нескольких минут.

Кроме того, автоматы разделяются по типам отключения или по времятоковым характеристикам. Каждый тип маркируется символами А, В, С, D, К, Z. Например, тип А используется при размыкании цепей, имеющих значительную длину проводки, хорошо защищает полупроводниковые устройства. Предел срабатывания составляет 2-3 номинальных тока. Тип В применяется в системах освещения общего назначения и обладает порогом срабатывания 3-5 номинальных тока. Более подробные сведения о каждом типе автомата можно взять из таблицы.

Типы расцепителей автоматических выключателей

Все расцепители, используемые в автоматических выключателях, можно условно разделить на две группы. В первую группу входят устройства, защищающие электрические цепи и способные распознавать наступление критической ситуации, когда появляются сверхтоки. В результате срабатывания дальнейшее развитие аварии пресекается за счет расхождения главных рабочих контактов.

Вторая группа расцепителей представлена дополнительными устройствами, не входящими в базовую комплектацию автоматов. Под заказ могут устанавливаться:

Независимые расцепители, способные дистанционно отключать автоматы при поступлении сигнала из вспомогательной цепи.
Расцепитель минимального напряжения. Выполняет отключение автомата в случае падения напряжения ниже допустимых пределов.
Расцепитель нулевого напряжения. Его контакты размыкаются при наступлении значительного падения напряжения.

Тепловой расцепитель

Образец теплового расцепителя, представленный на рисунке, выполнен в виде биметаллической пластины. В процессе нагревания она изгибается, меняет форму и оказывает воздействие на расцепляющий механизм. Для изготовления пластины две металлические ленты соединяются между собой механическим путем. Материал каждой ленты имеет разный коэффициент температурного расширения. Соединение выполняется методом пайки, сварки или заклепывания. Изгиб пластины образуется за счет разного изменения длины во время нагревания. Тепловые расцепители обеспечивают защиту от перегрузочных токов и могут быть настроены на заданный режим срабатывания.

Главным преимуществом теплового расцепителя является высокая устойчивость к вибрациям, отсутствие трущихся деталей и возможность работы в загрязненном виде. Они отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. В качестве недостатков следует отметить постоянное потребление электроэнергии, чувствительность к перепадам температур, возможность ложных срабатываний при нагревании посторонними источниками.

Читать еще: Маркировка узо и дифавтоматов

Такое же широкое применение получили электромагнитные расцепители, обладающие мгновенным действием. Конструктивно они выполнены в виде соленоида с сердечником, воздействующим на расцепляющий механизм. Когда по обмотке соленоида протекает сверхток, это приводит к созданию магнитного поля, перемещающего сердечник, и одновременно преодолевающего сопротивление возвратной пружины.

Настройка электромагнитного расцепителя производится на срабатывание при коротком замыкании, значение которого составляет 2-20 ln. В свою очередь значение ln = 200 А. Погрешность настроек может составлять 20% в ту или иную сторону от заданной величины. Поэтому уставки срабатывания для силовых автоматов указываются в амперах или в кратном значении номинального тока. Модульные автоматические выключатели имеют защитные характеристики, обозначаемые В (3-5), С (5-10) и D (10-50), где цифровые значения соответствуют предельному номинальному току ln, при котором наступает расхождение контактов.

Электромагнитный расцепитель

Основными плюсами электромагнитных расцепителей являются устойчивость к вибрациям, ударам и прочим механическим воздействиям, а также простота конструкции, облегчающая ремонт и обслуживание устройства. К недостаткам можно отнести мгновенное срабатывание, без задержек по времени, а также создание магнитного поля во время работы.

Выдержка времени имеет большое значение, поскольку за счет нее обеспечивается селективность. При наличии селективности или избирательности, вводным автоматом распознается наличие короткого замыкания, но оно пропускается на определенное установленное время. В течение этого временного промежутка должно успеть сработать нижестоящее защитное устройство, отключающее не весь объект, а лишь поврежденный участок.

Довольно часто тепловой и электромагнитный расцепители применяются совместно, путем последовательного соединения обоих элементов. Такая связка получила название комбинированного или термомагнитного расцепителя.

Полупроводниковый расцепитель

К более сложным устройствам относятся полупроводниковые расцепители. В состав каждого из них входит блок управления, измерительные трансформаторы при переменном токе или магнитные усилители при постоянном токе, а также исполнительный электромагнит, выполняющий функцию независимого расцепителя. С помощью блока управления настраивается программа, определенная пользователем, под руководством которой будут расцепляться главные контакты.

В процессе настроек выполняются следующие действия:

Регулируется номинальный ток автомата
Настраивается выдержка времени в зонах перегрузок и коротких замыканий.
Определяется уставка срабатывания при коротком замыкании.
Настройка защитных переключателей на срабатывание от однофазного короткого замыкания и токов включения.
Настройка переключателя, отключающего задержку по времени, когда при коротком замыкании режим селективности изменяется на режим мгновенного действия.

Электронный расцепитель

Конструкция электронного расцепителя напоминает устройство аналогичного полупроводникового прибора. Он также состоит из электромагнита, измерительных устройств и блока управления. Значение рабочего тока и время выдержки устанавливается ступенчато, обеспечивая гарантированное срабатывание при коротком замыкании и пусковых токах.

Достоинствами этих приборов являются разнообразие настроек и возможность выбора, работа установленной программы с высокой точностью, наличие индикаторов работоспособности и причин срабатывания, логическая селективная связь с выключателями, расположенными выше и ниже автомата.

К недостаткам можно отнести высокую цену, хрупкость блока управления и чувствительность к влиянию электромагнитных полей.

Как выбрать автомат защиты

Автомат защиты – это автоматический выключатель, обеспечивающий защиту человека от поражения электрическим током. В обычных условиях электрический ток проходит через автомат защиты к потребителю. При нарушении нормального режима (включении большого количества бытовых электроприборов или неисправности некоторых из них) срабатывают расцепители автоматического выключателя, обесточивая цепь питания. Чрезмерный электрический ток может привести к выходу из строя всех бытовых электроприборов, к перегреву электропроводки, возгоранию и пожару. Поэтому основная задача – разорвать цепь до того, как чрезмерный ток сможет нанести какие-либо повреждения, и тем самым защитить электропроводку и приборы от электрических ударов.

Типы автоматов защиты

Устройства защитного отключения (УЗО)
Дифференциальный автомат

Основное отличие УЗО от дифференциального автомата заключается в том, что в УЗО отсутствует защита от короткого замыкания. Как правило, для нормальной и безопасной работы УЗО требуется защитить его от сверхтока, подключив автомат защиты перед самим устройством.

Устройство защитного отключения отключает цепь при появлении тока утечки, вызванного, например, прикосновением человека к токоведущему проводу или повреждением изоляции. Ток утечки, при котором срабатывают УЗО, определяется конструкцией и для современных приборов составляет 10 мА, 30 мА и 300 мА. В жилых и общественных помещениях, как правило, применяются УЗО с током отсечки 30 мА.

Основная задача УЗО – защита человека от поражения электрическим током 10 мА, 30 мА и от возникновения пожара 10 мА, 30 мА, 300 мА.

Дифференциальный автомат – это устройство, которое объединяет функции УЗО и автоматического выключателя.

Его работа основана на высоком быстродействии. Дифференциальные автоматы обеспечивают эффективную защиту человека от поражения электрическим током в случае прикосновения к токоведущим частям или деталям, оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции нетоковедущих частей. Дифференциальный автомат срабатывает в обоих случаях – и при утечке тока на землю, и при коротких замыканиях в момент перегрузки сети. Дифференциальные автоматы имеют те же токи отсечки, что и УЗО, и те же номиналы, что и автоматы. Но их стоимость, как правило, выше, чем суммарная стоимость автомата и УЗО.

Обычно используют однофазные (однополюсные) автоматы для размыкания фазного проводника. Реже применяют двухфазные, или двухполюсные, автоматы и автоматы типа «фаза + нейтраль», одновременно размыкающие фазный (L) и нулевой (N) провода.

Трехфазные (трехполюсные) и четырехфазные (четырехполюсные) автоматы используются в сетях с напряжением 380 вольт.

Важные характеристики автоматов

Номинальный ток характеризует значение рабочей силы тока (измеряется в амперах). При превышении этой величины автомат срабатывает и размыкает цепь. Автоматы выпускаются со стандартными значениями номинального тока: 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 А.

Класс срабатывания характеризует кратковременное допустимое значение тока, при котором автомат НЕ сработает.

Класс «B» применяется для сетей без больших скачков напряжения, в диапазоне от 3 до 5 значений номинального тока.
Класс «C» применяется в квартирах, офисах и коттеджах, где допустимы токи, превышающие значение номинального в 5–10 раз.
Класс «D» используют в сетях, где возможны токи, в 10–50 раз превышающие значение номинального.

Отключающая способность (кА) – это максимальный ток, который способен пропустить автомат при коротком замыкании в линии, сохранив дальнейшую работоспособность.

Ток отсечки для УЗО и АД. Эти характеристики всегда указываются на корпусе прибора, стоимость которого возрастает с ростом параметров. При построении домашней сети рекомендуется ставить общий входной автомат (УЗО, АД) и отдельный автомат (класс С) на каждую линию потребителей.

При выборе номинального тока линейного автомата следует учитывать:

качество проводки – определяется диаметром и материалом используемого кабеля:

суммарную мощность подключаемых электроприборов.

Важно! Для медного провода диаметром 2,5 мм допустим ток менее 25 А, а если мощность подключаемых приборов при напряжении 220 вольт составляет менее 5,5 кВт, необходим автомат С25.

В качестве входного автомата необходимо использовать УЗО (АД) с током отсечки:

30 мА – для сухих помещений;
10 мА – для влажных помещений.

Номинальный ток такого прибора должен быть на ступень выше линейного (принцип ступенчатой защиты сети).

Практические рекомендации

Автоматы рассчитаны на определенное количество срабатываний. В связи с этим не рекомендуется использовать их для включения-отключения нагрузки: во-первых, изнашивается механизм, а во-вторых, подгорают контакты, что ведет к выходу из строя контактной группы. Корпуса автоматических выключателей различных производителей часто отличаются друг от друга по посадочному месту на DIN-рейку, по месту крепления проводов. Поэтому при замене вышедшего из строя автомата следует обратить внимание на его конструктивные особенности.

Характеристика срабатывания автоматических выключателей и параметры токовременной работы, время срабатывания

Автоматический выключатель – это прибор, который отвечает за защиту электроцепи от повреждений, которые принесет ток большой величины.

Автоматические выключатели характеристики

Чтобы этого избежать, по правилами устройства электроустановок, требуется устанавливать электрические автоматы защиты. Автоматические выключатели делятся по категориям защиты.

Что это такое

Автомат, защищающий сеть, несет 2 задачи:

вовремя определить слишком большой ток;
разорвать цепь до того, как возникнет повреждение.

Главная задача автоматического выключателя – отреагировать на появление чрезмерного тока и обесточить сеть. Опасно влияют на сеть 2 вида токов:

ток перегрузки, возникающий из-за включения большого количества приборов в сеть;
сверхтоки из-за короткого замыкания.

Современные электромагнитные устройства легко и безошибочно определяют ток короткого замыкания и выключают нагрузку. С током перегрузки проблем больше. Они не сильно отличаются от номинального значения и в течение некоторого промежутка времени протекают без последствий. Проблема заключается в наличии предельного значения тока нагрузки, который и вредит сети.

Область применения

Применяются автоматические выключатели везде, где находятся электронные приборы. Устанавливаются и в бытовых условиях (для защиты квартир, частных домов), на производственных предприятиях, в бизнес-центрах, торговых комплексах.

Устройство, маркировка и технические характеристики

номинальный ток – величина тока, которая протекает по автомату без ограничения времени при температуре воздуха +30 С (при большей температуре номинальный ток будет ниже);
время-токовая характеристика – зависимость времени срабатывания от силы тока.

номинальное напряжение;
предельная коммутационная способность.

Автоматические выключатели обладают своим набором характеристик. Для ознакомления с ними на корпусе наносится маркировка из букв и цифр. В маркировке указываются:

фирма-изготовитель;
линейная серия;
время-токовая характеристика – указывается латинской буквой B, C, D, K, Z;
номинальный ток – указывается после буквенного значения;
номинальное напряжение;
предельный ток отключения;
класс токоограничителя;
схема подключения, обозначения клемм.

Дополнительно указывают поправочные коэффициенты, связанные с превышением температурного режима.

1 полюс

Однополюсный выключатель устанавливается на вход каждой линии однофазной цепи. Это простая модификация автомата. Устанавливается для защиты однофазной, двухфазной и трехфазной проводки. Задача – защита от возгорания.

2 полюса

Используются, где идет питание электрооборудования по двум проводам и требуется одновременная коммутация двух полюсов. Существует 2 вида двухполюсников — 2Р и 1P+N. Первый оснащен защитой обоих полюсов от перегрузок и короткого замыкания. При подключении нет разницы куда подключать ноль, а куда – фазу. Второй тип называют «однофазный с нулем» — функция автоматического защитного срабатывания только в «фазном» полюсе. Второй полюс используется для подключения нулевого провода.

3 полюса

Защищает трехфазную цепь или одновременно три однофазных колодки. Используются для защиты электродвигателей.

4 полюса

Чаще используются в схемах «звезда с выделенной нулевой точкой». В таких схемах разделены защитный и рабочий нули.

Предельная коммутационная способность

Это максимальное значение сверхтока, которое выдержит автомат, не теряя работоспособности. Наиболее распространенные выключатели имеют величину 4500, 6000 и 10000 А.

Сверхток возникает, когда в цепи происходит короткое замыкание. Он протекает между фазой и нулем при оборванной изоляции, минуя потребителя. Сила тока зависит от сопротивления проводки, поэтому необходимо учитывать материал, из которого она выполнена. Для домов со старой алюминиевой проводкой лучше использовать автоматы с пределом 4500 А. Для медной проводки используются автоматы с пределом 6000 А.

Класс токоограничения

Когда появляются сверхтоки, изоляция резко нагревается. При максимальном значении тока автомат разъединяет цепь. За это время изоляция может повредиться, поэтому вводится еще одна характеристика, контролирующая ток.

Класс токоограничения влияет на безопасность всей схемы. Физически это промежуток времени, при котором происходит размыкание контактов и гашение дуги в гасительной камере. Выделяют 3 класса:

3 класс – самый быстрый, время гашения составляет 2,5 мс;
2 класс – время гашения 6-10 мс;
1 класс – время гашения превышает 10 мс.

На устройстве это значение указывается в черном квадрате. 1 класс не обозначается на устройстве.

Классы (характеристики срабатывания) автоматических выключателей

Классы или характеристики срабатывания определяются от разброса величины срабатывания. Самые используемые классы – B, C и D

Используется в бытовых, осветительных и других сетях с небольшим или нулевым пусковым превышением тока. Такие автоматы устанавливаются непосредственно у потребителя. Электромагнитный расцепитель в таких приборах срабатывает при превышении тока в 3 и более раз.

Рекомендуется устанавливать в сетях со смешанной нагрузкой с умеренными пусковыми токами. Также используются в бытовых сетях, но защищают группу потребителей. Самый популярный автомат у электриков. Отличаются большей перегрузочной способностью по сравнению с устройствами класса B. Минимальный ток срабатывания должен превышать номинал в 5 и более раз.

Устройства данного класса защищают электродвигатели, у которых пусковой ток значительно превышает номинальный. Отличаются большой перегрузочной способностью. Минимальный ток срабатывания равен десяти номинальным.

Устройства для цепей для постоянного напряжения

Конструкция электромагнитных катушек переменного напряжения отличается от постоянного напряжения. Для защиты таких устройств используются специальные автоматические выключатели. От обычных они отличаются маркировкой полярности на корпусе, которую нужно обязательно соблюдать. Принцип работы у обоих приборов одинаков.

Как выбрать

Основные критерии выбора автомата:

Ток короткого замыкания. Выбирается в соответствии с правилами устройства электроустановок, по которым приборы с отключающей способностью менее 6 кА запрещены. В настоящее время используются автоматы с номиналом 3, 6, 10 кА. Для домов, находящихся рядом с трансформаторной станцией, следует выбирать выключатель, срабатывающий при 10 кА.
Рабочий ток. Выбирается с учетом сечения кабеля, материала, мощности потребления энергии. Подобрать нужный прибор можно по таблицам.
Ток срабатывания. При включении устройства начальное значение может быть значительно выше рабочего, и, чтобы автомат не сработал, нужно правильно его выбрать. В дома и квартиры устанавливаются устройства класса B, при наличии мощной плиты или электрокотла лучше брать автоматы класса C. Для частных домов, в которых есть установки с электродвигателями, выбираются выключатели класса D.
Селективность, т.е. отключение при аварийной ситуации только определенного проблемного участка, а не всего электричества в доме.
Количество полюсов.
Фирма-изготовитель. Покупка дешевого аппарата — может не сработать в нужный момент, что приведет к поломке устройств, износу изоляции и возможному пожару.

Автоматический выключатель – устройство, которое жизненно нужно в каждом доме для защиты от токов большой величины. Такие приборы устанавливаются в жилых домах и в производственных помещениях, и помогают обезопасить здание от поломки приборов и возгорания.

Полезное видео

{SOURCE}

Оценка статьи:

Загрузка...