Электрический автомат: описание и характеристики, принцип работы и разновидности, схема построения защиты

Обновлено: 01.05.2024

С самого начала возникновения электричества инженеры стали думать над безопасностью электрических сетей и устройств от токовых перегрузок. Вследствие этого было сконструировано много разных устройств, которые отличаются надежной и качественной защитой. Одними из последних разработок стали электрические автоматы.

Электрические автоматы

Этот прибор называется автоматическим по причине того, что он оснащен функцией отключения питания в автоматическом режиме, при возникновении коротких замыканий, перегрузок. Обычные предохранители после срабатывания подлежат замене на новые, а автоматы после устранения причин аварии можно снова включить.

Такое защитное устройство необходимо в любой схеме электрической сети. Защитный автомат защитит здание или помещение от разных аварийных ситуаций:

Пожаров.
Ударов человека током.
Неисправностей электропроводки.

Виды и конструктивные особенности

Необходимо знать информацию о существующих видах автоматических выключателей, чтобы во время приобретения правильно выбрать подходящее устройство. Имеется классификация электрических автоматов по нескольким параметрам.

Отключающая способность

Это свойство определяет ток короткого замыкания, при котором автомат разомкнет цепь, тем самым отключит сеть и приборы, которые были подключены к сети. По этому свойству автоматы подразделяются:

Автоматы на 4500 ампер, применяются для предотвращения неисправностей силовых линий жилых домов старой постройки.
На 6000 ампер, используются для предотвращения аварий при замыканиях в сети домов в новостройках.
На 10000 ампер, применяются в промышленности для защиты электрических установок. Ток такой величины может образоваться в непосредственной близости от подстанции.

Срабатывание автоматического выключателя возникает при замыканиях, сопровождающихся возникновением определенной величины тока.

Автомат защищает электропроводку от повреждения изоляции большим током.

Число полюсов

Это свойство говорит нам о наибольшем количестве проводов, которые возможно подключить к автомату для обеспечения защиты. При аварии, напряжение на этих полюсах отключаются.

Особенности автоматов с одним полюсом

Такие электрические автоматы наиболее простые по своей конструкции, и служат для защиты отдельных участков сети. К такому автоматическому выключателю можно подсоединить два провода: вход и выход.

Задачей таких устройств является защита электрической проводки от перегрузок и КЗ проводов. Нейтральный провод подключается к нулевой шине, в обход автомата. Заземление подключается отдельно.

Электрические автоматы с одним полюсом не являются вводными, так как при его отключении разрывается фаза, а нулевой провод по-прежнему остается соединенным с питанием. Это не обеспечивает защиту на 100%.

Свойства автоматов с двумя полюсами

В случаях, когда при аварии требуется полное отсоединение от электрической сети, используют автоматические выключатели с двумя полюсами. Они используются как вводные. В аварийных случаях, либо при коротком замыкании вся электрическая проводка отключается в одно время. Это дает возможность осуществлять работы по ремонту и обслуживанию, а также проведения работ по подключению оборудования, так как гарантирована полная безопасность.

Двухполюсные электрические автоматы используют, когда необходимо наличие отдельного выключателя для устройства, работающего от сети 220 вольт.

Автомат с двумя полюсами подключают к устройству с помощью четырех проводов. Из них два приходят от сети питания, а другие два выходят из него.

Трехполюсные электрические автоматы

В электрической сети, имеющей три фазы, применяются 3-полюсные автоматы. Заземление оставляют незащищенным, а проводники фаз соединяют с полюсами.

Трехполюсный автомат служит вводным устройством для любых трехфазных потребителей нагрузки. Чаще всего такой вариант исполнения автомата применяют в промышленных условиях для питания электричеством электродвигателей.

К автомату можно подключить 6 проводников, три из которых - фазы электрической сети, а остальные три выходящие от автомата, и обеспеченные защитой.

Использование четырехполюсного автомата

Чтобы обеспечить защитой трехфазную сеть с четырехпроводной системой проводников (например, электродвигатель, включенных по схеме «звезды»), применяют 4-полюсный автоматический выключатель. Он играет роль вводного устройства четырехпроводной сети.

Имеется возможность подключения к устройству восьми проводников. С одной стороны - три фазы и ноль, с другой стороны - выход трех фаз с нолем.

Время-токовая характеристика

Когда устройства, потребляющие электроэнергию, и электрическая сеть работают в нормальном режиме, то происходит обычное протекание тока. Это явление касается и электрического автомата. Но, в случае повышения силы тока по разным причинам выше номинального значения, происходит срабатывание расцепителя автомата, и цепь разрывается.

Параметр этого срабатывания называется время-токовой характеристикой электрического автомата. Она является зависимостью времени сработки автомата и соотношения между реальной силой тока, проходящей через автомат, и номинальным значением тока.

Важность этой характеристики заключается в том, что обеспечивается наименьшее число ложных срабатываний с одной стороны, и осуществляется защита по току, с другой стороны.

В энергетической промышленности бывают ситуации, когда кратковременное повышение тока не связано с аварией, и защита не должна срабатывать. Также происходит и с электрическими автоматами.

Время-токовые характеристики определяют, через какое время сработает защита, и какие параметры силы тока при этом возникнут. Чем больше перегрузка тем быстрее сработает автомат.

Электрические автоматы с маркировкой «В»

Автоматические выключатели категории «В», способны отключаться за 5 — 20 с. При этом значение тока составляет от 3 до 5 номинальных значений тока ≅0.02 с. Такие автоматы используются для защиты бытовых устройств, а также всей электропроводки квартир и домов.

Свойства автоматов с маркировкой «С»

Электрические автоматы этой категории могут выключиться за время 1 — 10 с, при 5 — 10 кратной токовой нагрузке ≅0.02 с. Такие применяют во многих областях, наиболее популярны для домов, квартир и других помещений.

Значение маркировки «D» на автомате

С таким классом автоматы используются в промышленности и выполнены в виде 3-полюсных и 4-полюсных исполнений. Их применяют для того, чтобы защитить мощные электрические моторы и разные трехфазные устройства. Время их сработки составляет до 10 секунд, при этом ток срабатывания может превышать номинальное значение в 14 раз. Это дает возможность с необходимым эффектом использовать его для защиты различных схем.

Электродвигатели со значительной мощностью чаще всего подключают через электрические автоматы с характеристикой «D», т.к. пусковой ток высокий.

Номинальный ток

Имеется 12 вариантов исполнения автоматов, которые различаются по характеристике номинального тока работы, от 1 до 63 ампер. Этот параметр определяет скорость выключения автомата при достижении предельного значения тока.

Автомат по этому свойству выбирают с учетом поперечного сечения жил проводов, допускаемому току.

Принцип действия электрических автоматов

Обычный режим

При обычной работе автомата управляющий рычаг взведен, ток поступает через провод питания на верхней клемме. Далее ток идет на неподвижный контакт, через него на подвижный контакт и по гибкому проводу на катушку соленоида. После него по проводу ток идет на биметаллическую пластину расцепителя. От него ток проходит на нижнюю клемму и дальше на нагрузку.

Режим перегрузки

Этот режим возникает при превышении номинального тока автомата. Биметаллическая пластина нагревается большим током, изгибается и размыкает цепь. Для действия пластины требуется время, которое зависит от значения проходящего тока.

Автоматический выключатель является аналоговым устройством. При его настройке есть определенные сложности. Ток срабатывания расцепителя настраивается на заводе специальным регулировочным винтом. После остывания пластины автомат снова может функционировать. Температура биметаллической пластины зависит от окружающей среды.

Расцепитель действует не сразу, давая возможность току к возврату номинального значения. Если ток не снижается, то расцепитель срабатывает. Перегрузка может возникнуть из-за мощных устройств на линии, либо подключении сразу нескольких устройств.

Режим короткого замыкания

При этом режиме ток возрастает очень быстро. Магнитное поле в катушке соленоида движет сердечник, приводящий в действие расцепитель, и отключает контакты сети питания, тем самым снимает аварийную нагрузку цепи и защищает сеть от возможного пожара и разрушения.

Электромагнитный расцепитель действует мгновенно, чем отличается от теплового расцепителя. При размыкании контактов рабочей цепи появляется электрическая дуга, величина которой зависит от тока в цепи. Она вызывает разрушение контактов. Чтобы предотвратить это отрицательное действие, сделана дугогасительная камера, которая состоит из параллельных пластин. В ней дуга затухает и исчезает. Возникающие газы отводятся в специальное отверстие.

Установка защитного оборудования — важный этап при построении электрических сетей. В случае возникновения токов большой величины происходит нагрев, вызывающий расплавление изоляционного слоя проводника. Такая ситуация приводит к возникновению пожара. Резкое возрастание величины тока связывают с коротким замыканием, возникающим при работе неисправного оборудования.

Во избежание угрозы возгорания и повреждения проводов применяются различные виды электрических автоматов в зависимости от параметров, используемых совместно с ними электрических приборов.

Принцип работы и разновидности

Принцип работы электрических выключателей заключается в разрыве электрической цепи при появлении короткого замыкания. Или превышение допустимой мощности, на которую рассчитана электрическая сеть. Располагаются электрические автоматы защиты всегда в начале оберегаемого участка цепи. При этом вид подключаемой нагрузки не имеет значения.

По своему виду и параметрическим значениям автоматы разделяют:

по количеству полюсов;
по времятоковой характеристике;
по номинальному току.

Необходимо также отметить класс токоограничения. Это значение характеризуется скоростью реакции устройства на появление нештатной ситуации. Разделение происходит на три класса. Для бытового применения используется третий класс.

Вне зависимости от своих характеристик принцип работы у всех выключателей идентичен. Для подключения автомата к электрической сети необходимо установить управляющий переключатель в положение «включено». Ток, поступая на выключатель, подводится через входную клемму к катушке соленоида, а с неё на биметаллическую пластину. Пластина представляет собой полосу из двух спрессованных металлов с различными коэффициентами теплового линейного расширения. Ток с пластины приходит на выходную клемму и дальше поступает в электрическую цепь. Пластина и соленоид называются расцепителями.

Расцепитель тока — важный элемент конструкции, он может быть:

электромагнитным (соленоид);
тепловым (биметаллическая пластинка);
комбинированным (сочетание теплового и электромагнитного);
независимым (дистанционно воздействуя на выключатель, производит его отключение).

Существует два условия, при которых электрический выключатель сработает на отключение линии: режим перегрузки и режим короткого замыкания.

Принцип работы в режиме перегрузки основан на способности биметаллической пластинки изгибаться под воздействием тепла. При увеличении мощности на лини ток, протекающий через электрический автомат, растёт, превышая рабочее значение выключателя. В результате расцепитель нагревается, его пластина изгибается, и контакт разрывается. Соответственно, разрывается и электрическая цепь. Подача тока прекращается. Величина тока, при которой пластина разрывает контакт, настраивается в заводских условиях винтом регулировки. После того как пластина остынет, она возвращается в прежнюю форму, и контакт появляется снова.

В режиме короткого замыкания ток возрастает очень быстро, образованное им магнитное поле в соленоиде приводит в движение сердечник. Сердечник воздействует на расцепитель, и электрическая цепь разрывается, при этом появляется дуга. Появление дуги негативно сказывается на внутренних частях автомата, поэтому применяют устройство её гашения. Дугогасительная камера выполняется из параллельно расположенных относительно друг друга пластин, проходя через которые дуга рассеивается.

Таким образом можно отметить основные конструктивные части:

токовые клеммы;
расцепитель:
рычаг управления;
регулировочный винт расцепителя;
дугогасящая камера.

Количество полюсов

Количество полюсов обозначает, какое количество проводов можно пропустить через выключатель одновременно. Существуют устройства с количеством выводов от одного до четырёх. Устройство однополюсного выключателя ничем не отличается от многополюсного, только во втором случае при прохождении электрического тока разрываются несколько цепей одновременно.

Однополюсные устройства чаще применяются в бытовых условиях и ставятся в разрыв фазового провода, нулевой подключается напрямую через колодку, как вводный автомат его применение не рекомендуется. Для установки по входу используют двухполюсные автоматические выключатели, к ним одновременно подключают фазовый и нулевой провод. Для использования в трёхфазной сети в качестве вводного применяется уже трёхполюсный автомат. Для защиты четырехфазной электросети, например, включённого по схеме звезда двигателя используется четырехфазный автомат. В таком случае подключается три фазных и один нейтральный провод.

Обычная схема построения защиты на электрических выключателях сводится к установке вводного автомата требуемого количества полюсов. После него устанавливаются однополюсные — по одному на каждую группу. При этом величина номинального тока однополюсного автомата рассчитывается уже исходя из параметров группы, к которой он подключён. Его величина выбирается меньше, чем вводного.

Времятоковая характеристика

Этот параметр обозначает соотношение действительной силы тока, пропускаемого через автомат, к номинальному значению. В зависимости от величины соотношения определяется чувствительность автомата, которая характеризуется числом ложных срабатываний. Существуют автоматы различных видов. Маркируются они буквами латинского алфавита. Наибольшее распространение получили выключатели с маркировкой B, C и D.

Электрические автоматы c характеристикой B отключаются в течение 5−20 секунд. При этом величина тока может превышать значение номинального в пять раз. Эти модели получили широкое распространение в бытовых помещениях. Маркировка C означает интервал выключения 1−10 секунд, при этом нагрузка составляет десятикратное значение. Автоматы D класса применяются для защиты двигателей. Ток срабатывания превышает номинальный в 14−20 раз.

Номинальный ток

Указывает на силу тока, которая может пройти через электрический автомат без его срабатывания. Выпускаются строго определённого значения от 1 до 63 ампер. Всего существует 12 значений: 1A, 2A, 3A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A.

Выбор номинального тока зависит от значения мощности, которую выдерживает электропроводка без повреждения. Это значение определяется сечением провода и материалом его изготовления. В домах наиболее популярные для использования автоматы со значением 6A, 10A и 16A. Автоматы номиналом 20A, 25A, 32A используются в квартирах как вводные, т. е. двухполюсные.

Расположение и размещение

Способ размещения (будь то автомат электрический однофазный или другого типа) строго вертикальный. Неподвижная часть рычага управления должна быть сверху, т. е. включение устройства производится переключением снизу вверх. Устройства размещаются в доступных местах, при этом исключается возможность их механического повреждения.

Наибольшую популярность получило крепление на din рейку. Обычно такая рейка устанавливается в щиток. Электрические выключатели конструктивно имеют специальные пазы, в которые вставляется рейка.

Маркировка автоматов

Какие бывают автоматы, как они маркируются — эти сведения необходимо знать, чтобы правильно выбрать устройство. Вне зависимости от производителя и вида электрических автоматов они всегда имеют маркировку на лицевой стороне. Маркировка производится по единой схеме. В неё входит указание всех основных параметров:

Название или логотип производителя.
Определение типа. Указывается согласно каталогу или номеру серии изготовителя. Например, ВА 52−39.
Величина рабочего напряжения. Значения напряжения переменного тока обозначают символом «~", постоянного тока «—". Для автоматических выключателей любого применения ставятся сразу два значка.
Рабочий ток наносится без величины измерения в амперах. Перед ним ставится тип соответствующей времятоковой характеристики. Например, обозначение C16 на электрическом выключателе соответствует типу C с рабочим током 16А.
Рабочая частота, если автомат используется только с установленной частотой.
Рабочая коммутационная способность при коротком замыкании указывается в амперах. Для неспециализированных автоматов величина вписывается в прямоугольник при равенстве переменного и постоянного тока. Например, 5000 A. Если значения разные, то ставятся два прямоугольника с обозначением параметра тока. Например: 20000 ~ 5000~/-.
Значком вида IP 20 обозначается степень защиты.
Отдельно стоящая цифра от 1 до 3 в прямоугольнике обозначает класс ограничения тока.
Выводы электрического выключателя для соединения с нейтральным проводником маркируются буквой N. Выводы для присоединения защитной линии обозначают символом заземления.

На рычаге управления делаются надписи, обозначающие установленное положение, — «вкл.» и «выкл.» или «1» и «0».

Ведущие бренды и производители

Лидерами в производстве автоматических выключателей являются следующие бренды:

SIEMENS (Германия).
ABB (Германия).
Schneider Electric (Франция).
Legrand (Франция).
Hager (Германия).
Schrack Technick (Австрия).
Eaton (США).
General Electric (США).
ETI (Словения).

Это известные бренды, производящие любого вида автоматы электрические. Они отличаются высоким качеством корпуса, большим сроком службы и высокой механической прочностью. Нередко на них дополнительно устанавливаются защитные крышки. Эти производители выпускают свои устройства из добротных материалов. Их качество подтверждается сертификатами и сроком гарантии, которую дают производители на свою продукцию.

Появление электричества заставило умы придумывать способы безопасного использования устройств и электросетей, в частности, обеспечивая их защиту от перегрузок тока на линиях. Это подвигло инженеров на создание различного оборудования и механизмов с высоким уровнем защиты. Примером таких устройств являются электрические автоматы.

Приставку «автоматические» эти приборы получили потому, что при коротких замыканиях и высоких нагрузках в цепи они самостоятельно отключают питание. В отличие от обычных предохранителей, такие изделия после срабатывания не заменяются. Устранив причину отключения, электрический автоматический выключатель можно перезапускать.

Любая схема электросети нуждается в таком защитном устройстве. Оно обеспечит безопасность объекта, и предотвратит такие чрезвычайные ситуации, как пожар, поражение людей электрическим током или выход из строя электропроводки.

Типы автоматов и их конструкция

Для выбора подходящего автоматического выключателя, необходимо иметь представление о его разновидностях, которые различаются по следующим параметрам:

Способность к отключению при аварийных ситуациях

Параметр определяет ток замыкания, способный привести к срабатыванию автомата и отключению устройств от электрической сети. Типы автоматов по данному параметру делятся на:

Автоматы с номинальным током в 4500 ампер. Назначение приборов - предотвращение аварий электрических линий в старых постройках. Купить такие низковольтные автовыключатели можно в соответствующем разделе нашего каталога
Автоматы номиналом в 6000 ампер. Преимущественно используются в новостройках для профилактики аварийных ситуаций при замыканиях.
Номиналом в 10000 ампер. Используются в промышленных объектах, защищают всевозможные электроустановки. Появление такого размера тока свойственно областям линий, которые наиболее близки к подстанциям.

Количество полюсов в электрических автоматах

Параметр определяет, какое количество электропроводов можно соединить к автомату при сохранении уровня защиты. В аварийных ситуациях подача тока на полюсах прекращается.

Особенности монополюсного автомата

Конструкция такого электрического автомата несложная; имеются всего два разъёма для провода - входа и выхода. Является защитником небольших участков сети.
Автоматы с одним полюсом защищают электропровод от высоких нагрузок и коротких замыканий. К нулевой шине подсоединяется нейтральный провод, обходящий сам автомат. Отдельное соединение имеет заземление.

Монополюсный автомат не является вводным. Отключение при авариях прерывает фазу, но нулевой электропровод остается подключённым к питанию. Данный факт не дает 100% гарантию безопасности.

Параметры двухполюсных электрических автоматов

Данные устройства выступают как вводные. При авариях безопаснее отключение от всей электросети, с чем и справляются автоматы с двумя полюсами. При коротких замыканиях или перегрузке устройство выключает всю линию одновременно. Такая функция позволяет электрикам проводить ремонтные работы или техническое обслуживание; подключать новое оборудование в безопасности.

Автоматы с двумя полюсами уместны, когда в цепи есть приборы с отдельным выключателем, питающиеся от сети 220 В.

Двухполюсный автомат соединяется с прибором 4-мя электропроводами: два провода идут от питания, остальные - выходят из него.

Автоматы с тремя полюсами

Подобные автоматы применяются в электросети с тремя фазами. Фазовые проводники подключают к полюсам. Тем временем, заземление остается без защиты.
В электросети с тремя фазами применяются 3-полюсные автоматы. Заземление оставляют незащищенным, а проводники фаз состыковывают с полюсами.
Автомат с тремя полюсами применяется в качестве вводного звена для различных пользователей питания с тремя фазами. Распространены в электросетях промышленных объектов, где потребителями являются электрические двигатели.

На таких автоматах возможно подключение уже 6 проводников: 3 фазы - электросети, оставшиеся 3 - защищённые выводящие от автомата.

Применение автоматов с четырьмя полюсами

Четырехполюсный автомат применяется для обеспечения безопасности трёхфазной электросети с 4-проводной системой проводников (к примеру, электрический двигатель, подключенный по схеме «звезды»). Выступает в качестве вводного механизма 4-проводной сети. Автомат может подключаться к приборам с восемью проводниками. Осуществляется это по следующей схеме: трёхфазный вход и ноль с одной стороны и трёхфазный выход + ноль с другой.

Автоматы с обозначением «B».

Такие автоматы обеспечивают безопасность бытовых приборов и электрических проводов домов и квартир. Механизм автомата данной категории выключает сеть в течение 5-20 с. В этот момент показатель тока равен 3-5 номинальных значений тока 0.02 с.

Электроавтоматы с обозначением «C».

Такие автоматы выключаются в промежутке 1-10 с, при 5-10 кратной нагрузке тока 0.02 с.
Они используются на различных объектах, однако, наиболее распространены в жилых квартирных и индивидуальных домах, других помещениях.

Автоматы категории «D».

Автоматы с таким указателем чаще применяются в промышленных объектах, в виде трёхполюсных и четырехполюсных вариантов, обеспечивая безопасность мощных электродвигателей и приборов трёхфазной схемы. При срабатывании ток способен превосходить номинальные значения в 14 раз; сроки отключения сети - в пределах 10 секунд. Таким образом, функция автоматов сводится к эффективной защите различных схем.

Из-за высоких значений пускового тока в мощных электродвигателях, применяются именно такие автоматы, с обозначением «D».

Читайте также: