Автоматические электронные устройства: назначение, конструктивные особенности и преимущества

Преимущества электрических систем автоматизации

Под автоматизацией производства понимаются мероприятия по высвобождению человека от функций контроля и управления технологическими процессами. Эти мероприятия предусматривают создание и применение автоматических устройств — приборов, приспособлений и машин, осуществляющих производственные процессы без непосредственного участия человека, лишь под его наблюдением.

Многие новые производства и процессы вообще не могут быть осуществлены без автоматизации (в случаях высоких давлений, температур, скоростей, вредности для здоровья человека и т. д.).

В настоящее время большинство автоматических устройств является электрическими или имеют электрические элементы в качестве основных. Электрические устройства имеют большие преимущества перед механическими, пневматическими, гидравлическими и др.

Автоматические устройства, их измерительные, управляющие и воспроизводящие органы состоят из простейших элементов (звеньев), выполняющих определенные функции в процессе контроля, управления и регулирования. Все элементы связаны между собой.

Применение электричества в автоматическом контроле, управлении и регулировании позволяет унифицировать элементы для измерения самых разнообразных физических и химических величин.

Датчики преобразуют величины самой различной природы в электрические сигналы, которые могут контролироваться и измеряться сравнительно небольшим числом типов электрических приборов. Электрические измерительные устройства обладают высокими точностью, чувствительностью и быстродействием, широким диапазоном пределов измерений.

Электрические элементы автоматики весьма разнообразны. Широко распространены электромеханические, электромашинные, ферромагнитные, электротепловые, электронные и другие электрические элементы. Действие их основано на использовании взаимосвязей между электрическими, с одной стороны, и механическими, тепловыми, магнитными и другими процессами, с другой.

Внутри каждой из перечисленных групп велико разнообразие конструкций и схем. Элементы одной и той же группы могут выполнять различные функции (датчиков, усилителей, исполнительных механизмов и т. д.).

Использование электричества позволяет дистанционно измерять и записывать контролируемые величины, просто и наглядно осуществлять сигнализацию (световую и звуковую).

Благодаря электричеству осуществляется визуальный контроль за производством (в местах, не доступных по разным причинам для человека).

При автоматическом управлении автоматическое устройство обеспечивает необходимую последовательность, начало и окончание отдельных операций, составляющих рабочий процесс. Электричество в системах автоматического управления и регулирования повышает точность, чувствительность, быстродействие.

Большим преимуществом электрических систем управления и регулирования перед пневматическими и гидравлическими является отсутствие ограничений расстояния между отдельными элементами системы.

Телемеханика позволяет контролировать и управлять многими удаленными объектами с одного диспетчерского пункта. Соединение большого числа объектов с диспетчерским пунктом может осуществляться по одному каналу связи, что дает значительную экономию технических средств и материалов. Устройства телемеханики (передатчики, приемники, каналы связи) могут быть созданы только из электрических элементов.

Электрические автоматические устройства удобны тем, что на любом производстве имеются источники электрической энергии – электрические сети. Для питания гидравлических и пневматических устройств необходимы дополнительные установки (компрессоры, насосы).

Наибольший производственный и экономический эффект дает комплексная автоматизация производства. При этом автоматизируются, как основные технологические процессы, так и вспомогательные (например, транспортно-загрузочные). Комплексная автоматизация возможна только с использованием электрических компонентов.

У электрических автоматических устройств имеются и некоторые недостатки. Иногда их применение ограничивается требованиями взрыво- и пожаробезопасности. В некоторых случаях они могут оказаться более сложными в эксплуатации, чем устройства пневматические и гидравлические.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Как выбирать автоматический выключатель: типы, характеристики и цены на различные модели

Автоматический выключатель — это коммутационный электрический аппарат, который предназначен для приема и дальнейшей передачи электроэнергии в нормальном режиме работы электрической цепи, отключения электроснабжения потребителей в случае возникновения аварийного режима работы (токовая перегрузка, короткое замыкание (КЗ), снижение величины напряжения ниже допустимого уровня), нечастой коммутации. Аппарат характеризуется простотой монтажа, высоким уровнем надежности, наличием защитных функций и удобством обслуживания.

Конструктивные особенности

Операции по коммутации (включение и отключение) автоматического выключателя могут производиться обслуживающим персоналом вручную или дистанционно с помощью привода. Из чего состоит автоматический выключатель?

1. Контактная система. Представляет собой систему, состоящую из подвижных и неподвижных контактов, которые в замкнутом состоянии обеспечивают беспрепятственное прохождение электрического тока номинальной величины на протяжении длительного периода времени. В разомкнутом состоянии между контактами образуется воздушный промежуток, что исключает протекание электрического тока.
2. Расцепитель. Обеспечивает контроль заданного параметра электрической сети и целенаправленно воздействует на отключающее устройство. В зависимости от конструктивного исполнения и функциональности, расцепитель изготавливают в нескольких типовых исполнениях: тепловой в форме биметаллической пластины (реагирует на токовые перегрузки), электромагнитный (реагирует на токи короткого замыкания), комбинированный (сочетает в себе защиту от КЗ и токовой перегрузки), полупроводниковый (защита от КЗ, токовой перегрузки) [1] .
3. Дугогасительное устройство. Предназначено для гашения электрической дуги, которая образуется во время отключения контактной системы при высокой токовой нагрузке. Наличие дугогасительного устройства позволяет отключать выключатель в аварийных режимах работы без вреда для контактной системы и других элементов выключателя, электрических сетей и потребителей электроэнергии.
4. Механизм управления. Он предназначен для управления положением контактной системы в ручном или автоматическом режиме. Для оперативных переключений в ручном режиме предназначен специальный рычаг на лицевой поверхности автоматического выключателя или электромагнитный привод.

Также автоматические выключатели могут быть оснащены дополнительными элементами. Одним из самых распространенных является модуль дифференциальной защиты. Такие устройства именуют «автоматический выключатель дифференциального тока» (АВДТ). С его помощью можно быстро отключить электрическую сеть в случае минимальной утечки тока из сети. Дифференциальный автоматический выключатель применяется в электрических сетях для обеспечения высокого уровня пожарной безопасности и защиты людей.

Типы и характеристики автоматических выключателей

Характеристики автоматических выключателей, которые определяют сферу их использования и допустимые условия эксплуатации:

• Степень защиты от внешних воздействий. Каждый выключатель выпускается с конкретной степенью защиты корпуса, которая соответствует требованиям IEC 60529 [2] . В обозначении таких аппаратов применяют цифровую кодировку, где первая цифра означает уровень защиты от проникновения посторонних предметов, а вторая — от влаги.
• Климатическое исполнение. Определяет диапазон температуры и влажности окружающего воздуха, при которой допускается длительная эксплуатация автоматического выключателя. Может кодироваться в виде цифр 1, 2, 3, 4, 5 или букв У, УХЛ, Т, М, ОМ [3] .
• Высота установки. Для большинства устройств этот параметр составляет не более 1000 метров над уровнем моря. Но при необходимости производства монтажа выше этой отметки производители предлагают большой выбор выключателей с различными техническими характеристиками.
• Наличие вибрации, резких толчков, тряски. Все электротехнические изделия подразделяют на группы в соответствии с ГОСТ 17516.1-90 [4] . Автоматические выключатели могут выпускаться для эксплуатации в условиях, соответствующих группам М1, М2, М3, М4, М6, М9, М25, М19.

Конструкция и технические характеристики автоматических выключателей определяют их принадлежность к определенному типу устройств, которые различают по следующим критериям:

1. Тип напряжения. Различают три типа автоматических выключателей: для сетей переменного напряжения, для сетей постоянного напряжения, универсальные устройства. И первые, и вторые устройства имеют схожую конструкцию, но совершенно разные технические характеристики. Универсальный тип выключателей может стабильно работать в электрической цепи любого напряжения.
2. Количество полюсов. В настоящее время на рынке России представлены выключатели автоматические однополюсные, двухполюсные, трехполюсные и четырехполюсные. Выбор конкретного типа устройств зависит от конфигурации электрической сети и характеристик подключаемой электрической нагрузки.
3. Предельный ток короткого замыкания. В соответствии с ГОСТ Р 50030.2-2010 [5] этот параметр определяет предельное значение тока в режиме короткого замыкания цепи, которое выключатель способен безопасно отключить при номинальной величине напряжения. Величина предельного тока короткого замыкания автоматического выключателя равна одному из стандартных значений: 4,5 кА; 6,0 кА; 10 кА; 20 кА; 35 кА; 50 кА.
   В зависимости от этого параметра все автоматические выключатели выпускают в двух модификациях: силовые и модульные устройства. Например, устройство имеет стандартизованные размеры корпуса и обеспечивает многократное безопасное отключение токов короткого замыкания величиной до 10 кА — в большинстве случаев этого достаточно для защиты бытовых потребителей электроэнергии, распределительных электрических сетей офисных и административных объектов.
4. Номинальный ток. Рабочий ток, который коммутационный аппарат способен пропускать длительное время без перегрева токоведущих частей, называется номинальным. В настоящее время выпускают модульные автоматические выключатели с номиналом 0,5, 1, 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 или 125 А. Выключатели в корпусном исполнении выпускают в основном с номинальным рабочим током величиной до 1600 А включительно.
5. Времятоковая характеристика. В соответствии с ГОСТ Р 50345-2010 модульные автоматические выключатели в зависимости от кратности токов короткого замыкания, которые действует на электромагнитный расцепитель, подразделяют на несколько основных типов: В, С, D. Подбирая тип характеристики автоматических выключателей, следует внимательно изучить характеристики электрической нагрузки.

Как правильно выбирать автоматический выключатель?

На первый взгляд, большинство автоматических выключателей являются одинаковыми и не различаются между собой. Но при выборе такого важного устройства следует проявлять особое внимание даже к самым незначительным деталям. При выборе автоматического выключателя для защиты и коммутации электрической нагрузки необходимо:

1. Определить основные параметры электрической сети, такие как величина напряжения, количество фаз, переменный или постоянный тип тока, частота переменного тока.
2. Рассчитать требуемую мощность автоматического выключателя. Для этих целей рассчитывают максимальную суммарную мощность подключенной электрической нагрузки. При подборе защитного устройства руководствуются правилом округления в сторону большего значения номинального тока.
3. Рассчитать ток короткого замыкания. Например, при возникновении аварийного режима, замыкании между фазами или на землю, при протекании тока. Для обеспечения возможности безопасно коммутировать ток, значительно превышающий значение номинального, следует подбирать автоматический выключатель, способный реагировать на токи короткого замыкания такой величины.
4. Определить потребность в наличии определенных функций защиты. Выключатель предназначен для работы в качестве защитного устройства от аварийных режимов работы электрической сети. Для максимального уровня защиты подключенного электрооборудования необходимо подбирать аппараты, укомплектованные тепловым, электромагнитным или комбинированным расцепителем, модулем дифференциальной защиты.
5. Определиться с исполнением корпуса. Оптимальным решением для большинства бытовых потребителей, офисных и административных объектов, маломощного оборудования будут модульные выключатели. В качестве вводных защитных выключателей и устройств для питания промышленного оборудования чаще используют корпусные силовые устройства, которые обладают возможностью отключать высокие токи КЗ.
6. Определить способ монтажа. Автоматические выключатели могут устанавливаться на DIN-рейку либо на болтовое соединение. Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки, которые следует учитывать во время подготовки проектной документации или перед покупкой.
7. Оценить условия эксплуатации. Для нормальной работы в условиях высокого содержания пыли и влажности корпус выключателя должен обладать соответствующим уровнем защиты IP.
8. Подобрать времятоковую характеристику работы расцепителя. Этот параметр подбирают с учетом максимально возможного пускового тока от подключенной электрической нагрузки. В случае трех-пятикратного значения от номинального выбирают тип В. Если превышение составляет от пяти до 10 значений номинального тока, выбирают тип С. Для нагрузки с более высоким пусковым током выбирают аппараты с характеристикой D.
9. Выбрать параметры селективности (у корпусных выключателей). Для обеспечения непрерывной работы наиболее ответственных участков электроснабжения построение системы защиты осуществляют с соблюдением принципа селективности. Для тонкой настройки работы всей системы защиты корпусные выключатели комплектуют регулятором величины токовой уставки расцепителя.
10. Определить потребность в дополнительных функциях и элементах, таких как дистанционное оперативное отключение/включение с помощью электромагнитного привода, вспомогательные контакты, расцепитель минимального напряжения, независимый расцепитель, указатели положения контактов, наличие кнопки тестирования, модуль дифференциальной защиты.

Стоимость автоматических выключателей разных видов

От чего зависит цена автоматического выключателя?

Стоимость формируется с учетом следующих критериев:

• Количество полюсов. Цена на выключатель автоматический трехполюсный будет всегда выше цены на однополюсный или двухполюсный с аналогичными характеристиками.
• Тип исполнения корпуса. Цена на модульный автоматический выключатель ниже, чем на устройства в литом корпусе.
• Значение номинального тока. С увеличением значения предельного коммутационного и номинального тока пропорционально растет стоимость выключателей.
• Наличие дополнительных функций. Цены на дифференциальный автоматический выключатель будут значительно выше, чем на устройства со стандартными тепловыми и электромагнитными расцепителями.
• Производитель. Продукция известных зарубежных брендов может стоить на порядок дороже, чем изделия российских производителей.

Для наглядности приведем таблицу сравнения стоимости автоматических выключателей разных производителей.

Производитель

Примерная стоимость в рублях

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Подписка на рассылку

• ВКонтакте
• Facebook
• ok
• Twitter
• YouTube
• Instagram
• Яндекс.Дзен
• TikTok

Многих интересует, для чего нужен автоматический выключатель, а также устройство и принцип действия автоматического выключателя. Сегодня в нашей статье мы постараемся ответить на эти вопросы.

Итак, начнем с первого вопроса. Автоматический выключатель устанавливают для того, чтобы защитить кабели, провода, а также электроприборы от короткого замыкания (к.з.) и перегрузки.

Устройство автоматического выключателя

Модульный автоматический выключатель внешне представлен в виде корпуса и рычага управления, которые выполнены из ПВХ-пластиката пониженной горючести. Также невооруженным взглядом можно определить клеммы (нижняя и верхняя) для подключения кабеля или провода. Внутри же корпуса защитного аппарата размещаются следующие элементы:

• силовые контакты (подвижный и неподвижный), обеспечивающие коммутацию;
• механизм взвода и расцепления, который взаимосвязан с рычагом управления;
• катушка (электромагнит) и подвижный сердечник (якорь), выполняющий функцию толкателя. Эти элементы являются электромагнитным расцепителем и обеспечивают защиту от токов к.з.;
• дугогасительная камера. Данное устройство выполняет быстрое гашение дугового разряда, который образуется при размыкании контактов;
• биметаллическая пластина. Данный элемент является тепловым расцепителем и обеспечивает защиту от повышенной нагрузки. Также имеется регулировочный винт, при помощи которого обеспечивается регулировка значения тока, при котором данный расцепитель должен сработать.

Принцип работы автоматического выключателя

Работа автоматического выключателя в различных режимах происходит по такому принципу:

1. Нормальный режим.

Во время взвода рычага управления выключателем приводится в движение механизма взвода и расцепления, тем самым осуществляя коммутацию силовых контактов.
После коммутации ток протекает от питающего провода или кабеля, подключенного к винтовому зажиму, через этот зажим по контактам, сначала по неподвижному, а затем и по подвижному. Далее ток проходит через гибкую связь, катушку электромагнита, снова через гибкую связь и биметаллическую пластину, и в конце через нижний винтовой зажим к отходящей линии, “питающей” электроприбор.

2. Короткое замыкание.

В данном режиме электромагнитный расцепитель автоматического выключателя должен произвести мгновенное отключение нагрузки. Принцип действия заключается в следующем: при значительном превышении номинального тока, протекающего через обмотку электромагнита, возникает мощное магнитное поле, которое тянет вниз якорь с подвижным контактом. Якорь в свою очередь надавливает на рычажок спускового механизма, в результате чего происходит отключение нагрузки.
Необходимо отметить, что в результате мгновенного возникновения магнитного поля автоматический выключатель успевает отключиться до появления нежелательных последствий.
Однако во время размыкания возможно возникновение дугового разряда между подвижным и неподвижным контактами. Дуга движется в сторону дугогасительной камеры. Попадая на пластины, дуга расщепляется, завлекается внутрь камеры и тухнет. Образовавшиеся продукты горения вместе с избыточным давлением выходят наружу через специальное отверстие в корпусе автомата.

За защиту от перегрузки отвечает тепловой расцепитель. Принцип работы данного расцепителя заключается в следующем: когда ток, протекающий через биметаллическую пластину, становится равным или больше установленного значения, пластина нагревается и постепенно изгибается. Достигнув определенного угла изгиба, она надавливает своим кончиком на рычажок спускового механизма. Таким образом автомат отключается.

Стоит отметить, что терморасцепитель, в отличие от магнитного, является более медлительным. Для его срабатывания требуется больше времени, но зато он более точный и легче поддается настройке.

Мы рассказали об устройстве и принципе работы автоматического выключателя. Также вы можете посмотреть наше видео, в котором детально показано, как устроен автомат и принцип его работы.

Системы автоматики. Виды и особенности применения

Отрасль техники и науки, которая объединяет теорию и методы проектирования системы автоматики, и устройств, способных выполнять свою основную работу без человека, называется автоматикой.

Классификация и особенности применения

По назначению и характеру выполняемых работ системы автоматики разделяют:

• Системы автоматического контроля служат для контроля некоторого процесса, и включают в себя датчик, усилитель, который принимает сигнал, элемент Р, реализующий последнюю операцию контроля – преобразование результата в удобной форме. Исполнительным элементом может выступать звуковой сигнал, любое другое сигнализирующее устройство ( системы сигнализации ) .

В автоматическую систему контроля входят распределители, блоки питания, стабилизаторы и другие компоненты. Независимо от числа компонентов такие системы разомкнутые, а сигнал идет в одном направлении: от контролируемого объекта Е к исполнительному компоненту Р.

• Системы автоматического управления служат для управления некоторым техпроцессом, используются для автоматизации процессов запуска, регулировки скорости вращения и реверса электромоторов в приводах механизмов.
  Одной из разновидности этой системы является система автоматической защиты. Она предотвращает наступление предельного и аварийного режимов, прекращая в необходимый момент работу.
• Системы автоматического регулирования удерживают регулируемый параметр в определенных пределах. Это является наиболее сложной автоматической системой, которая объединяет в себе управление и осуществление контроля. Одним из компонентов систем является регулятор.
  При выполнении этой системой всего одной задачи по поддержанию постоянного значения параметра, они называются системами стабилизации . Имеются процессы, нуждающиеся в изменении параметра по времени. Такие системы получили название систем программного регулирования .

Для создания стабильности регулируемого параметра применяют различные принципы и методы работы.

При регулировке по отклонению элемент UN сравнивает действительное напряжение Uф с заданной величиной Uз, определяемой элементом ЕN. После этого на выходе UN возникает сигнал ΔU = Uз-Uф, который прямо зависит от отклонения напряжения. Сигнал протекает через усилитель А, далее идет на рабочий орган L. Из-за колебания напряжения на обмотке, изменяется действительное напряжение генератора, который изменяет его отклонение.

Усилитель, который не меняет принцип работы системы, нужен для ее реализации, в то время, когда не хватает мощности сигнала для действия на рабочий орган.

Вместе с задающим действием на систему влияют факторы, образующие отклонения регулируемого параметра. Изменение температуры внешней среды изменяет сопротивление в схеме обмотки возбуждения. Это оказывает влияние на напряжение генератора. Независимо от того, где будут возникать действия Q, система регулирования среагирует на возникшее отклонение регулируемого параметра.

Регулирование по возмущению нуждается в специальных компонентах, которые измеряют действие Q и влияют на рабочий орган. В системе, действующей по такому принципу, значение регулируемого параметра не берется в расчет. Учитывают только нагрузочный ток Iн. Изменение магнитодвижущей силы возбуждающей обмотки, которая является измерительным компонентом системы, происходит при изменении нагрузочного тока. Это приводит к изменению выходного напряжения генератора.

Комбинированная система образуется объединением разных систем в одну.

По принципу действия системы автоматики делятся:

• Статические системы контролируют регулируемый параметр, который не имеет стабильного значения, и с повышением нагрузки меняется на определенное значение, которое называется ошибкой регулирования. Рассмотренные выше системы – это простые статические системы. Ошибка регулирования возникает из-за большего отклонения напряжения для создания большего тока. Напряжение генератора зависит от нагрузочного тока по прямой зависимости. Максимальное отклонение разности потенциалов называется статизмом системы.
• В астатической системе автоматики разность потенциалов на генераторе изменяется регулировкой реостата R, подключенного в цепь возбуждающей обмотки L.

Сервомотор М начинает работать и двигать ползунок реостата, когда возникает сигнал на входе. Ползунок двигается, пока сигнал не обнулится. Система такого типа имеет отличие в том, что для поддержки новой величины тока возбуждения не нужен сигнал на выходе усилителя. Такое отличие и дает возможность избавиться от статизма.

По виду цепи передачи сигналов:

• Разомкнутые . Во время разомкнутой цепи система управления реагирует на воздействия без получения информации о величине регулируемых параметров, и без сравнения результатов работы, а также без возможности корректировки. Такие системы применяются в обеспечении заданной температуры в помещении, в автоматических турникетах и т. д.
• Замкнутые . При замкнутой цепи система управления получает данные о величине параметров, сравнивает их с требуемыми, производит корректировку. Такое замыкание цепи выполняется с помощью обратной связи от управляемой системы к управляющей.

По количеству обратных связей:

• Многоконтурные . Системы, имеющие кроме главного контура обратные связи, называются многоконтурными. В отличие от одноконтурных систем, в многоконтурных системах воздействие к точке системы способно обойти систему и обратно вернуться в первую точку по нескольким различным контурам.
• Одноконтурные . Современные системы автоматики чаще всего имеют параллельные устройства коррекции или обратные связи. Системы, которые регулируют только один параметр с одной обратной связью, называются одноконтурными. В них воздействие на некоторую точку системы может пройти всю систему и обратно вернуться к первой точке, при этом пройдя по одному контуру.

По управлению:

• Следящие системы . К таким системам относятся системы автоматики, в которых сигнал, меняющийся произвольным образом, в результате выходит с допустимой ошибкой. Основной компонент следящей системы – датчик рассогласования. Он определяет ошибку между ведущей и ведомой величинами.
• Программное регулирование . Системы автоматики, заставляющие регулируемый параметр изменяться по заданному программой закону, получили название систем программного регулирования . Программа изменения параметра создается специалистами с учетом поставленной задачи регулирования.
• Автоматическая стабилизация . В системах автоматической стабилизации регулируемый параметр при различных возмущениях, которые действуют на систему, стабилизируется регулятором до постоянной величины.

По связи выходного и входного параметра:

• Непрерывные . В ранних примерах было принято, что действие на рабочий орган осуществлялось непрерывно за все время, пока имеется отклонение регулируемого параметра. Такая система называется системой непрерывного действия .
• В дискретных системах действие на рабочий орган производится ступенчато. Для примера можно рассмотреть работу утюга, в котором регулировка принимает одно из двух положений при изменении температуры. В такой системе регулировка температуры производится коммутацией нагревательного элемента по сигналу датчика. При повышении температуры выше предела датчик разрывает контакт и выключает нагреватель. При уменьшении температуры менее определенного значения, нагреватель подключается. Такая система не находится в устойчивом состоянии, и имеет два положения включения: в меньшую или большую сторону.
• Для создания качественной регулировки автоматики могут содержать специальные устройства, которые являются обратными связями . В них сигнал направлен в противоположную сторону от основного сигнала управления.

По виду источника энергии:

• Пневматические – обеспечивают высокую скорость, применяют энергию сжатого газа.
• Электрические – удобны в работе и легки в передаче информации и ее обработке.
• Гидравлические – обеспечивают повышенную мощность, применяют энергию жидкости.

Телемеханические системы автоматики

Если компоненты системы находятся далеко между собой, то для соединения применяется передатчик, приемник и каналы связи. Поэтому эти системы называются телемеханическими.

Они состоят из управляющего пункта с оператором, пунктов контроля с объектами контроля А1-Ап, каналов передачи L1А-LпА, которые соединяют управляющий пункт Е1М с контрольными пунктами Е2А-Еп. В системе телемеханики по каналам передачи можно передавать многие виды информации.

Система телеизмерения

Если информация передается только о контрольном объекте, то системы называют телеизмерением. В них сигналы от датчика передаются на управляющий пункт Е1М, преобразуются в показания цифровых или стрелочных измерительных приборов. При этом передача информации может происходить непрерывно или с перерывами.

Система телесигнализации

Если от датчика поступает сигнал на пункт управления только о том, включен объект контроля или выключен, такие системы автоматики называются системами телесигнализации.

Телесигнализация выдает данные по управлению объектом контроля, либо служит информацией для решения по управлению в системах телерегулировки и телеуправления. Главным отличием этих систем от других заключается в непрерывности и дискретности сигналов.

Автоматические аппараты

Для дистанционного и автоматического управления электрооборудованием применяют контакторы, магнитные пускатели, реле управления.

Контактором называется аппарат, служащий для включения и отключения электрических цепей путем замыкания контактов с помощью электромагнита. Управление электромагнитом может проводиться дистанционно вручную или автоматически с помощью релейной и другой аппаратуры.

Рис. 59. Общий вид (две дугогасительные камеры сняты) (а), контакты и дугогасительная камера (б) и электромагнит (в) трехполюсного контактора:
1 — изолирующая плита; 2 — вал подвижных контактов и якоря; 3 — замыкающиеся блок-контакты; 4 — подвижный главный контакт; 5 — неподвижный главный контакт; 6 — дугогасительная камера; 7 — сердечник электромагнита; 8 — якорь; 9 — катушка электромагнита; 10 — размыкающиеся блок-контакты; 11 — пластины дугогасительной камеры; 12 — контактная пружина; 13 — гибкая связь; 14 — короткозамкнутый виток.

Трехполюсный контактор КТ (рис. 59) имеет три пары подвижных 4 и неподвижных 5 контактов, закрытых дугогасительной камерой б, состоящей из двух асбестоцементных щек, внутри которых помещена решетка из стальных обмедненных пластин 11. Пластины расположены перпендикулярно стволу электрической дуги и разбивают ее на несколько коротких дуг, которые охлаждаются при соприкосновении с поверхностью пластин и быстро гаснут. При подаче напряжения на цепь катушки 9 сердечник притягивает якорь 8, который, поворачиваясь вместе с валом 2, прижимает подвижные контакты к неподвижным. Пружина 12 обеспечивает нажатие подвижного контакта, и рабочий ток проходит через гибкий проводник 13. Для устранения вибрации и произвольного отключения контактора при переходе через нулевое значение тока служит короткозамкнутый медный виток 14. При отключении напряжения в цепи катушки ее сердечник размагничивается и перестает удерживать якорь. В результате этого подвижные контакты под действием собственной массы и массы якоря отпадают, разрывая электрическую цепь.

Магнитный пускатель представляет собой контактор переменного тока с тепловыми реле или без них. Тепловые реле, имеющие в цепи управления нормально замкнутые контакты, используются для защиты от перегрузок. Биметаллические элементы реле нагреваются при прохождении через них тока перегрузки, изгибаются и размыкают цепь тока в катушке пускателя, в результате чего отключаются главные контакты. Отключение также может быть выполнено от руки нажатием кнопки «Стоп».

Первая цифра в обозначении пускателя указывает величину пускателя, вторая — исполнение по роду защиты от воздействия окружающей среды (1 — открытое, 2 – защищенное, 3 – пылеводозащищенное), третья — функции пускателя (1 — без теплового реле, нереверсивный; 2 — с тепловым реле, нереверсивный; 3 — без теплового реле, реверсивный; 4 — с тепловым реле, реверсивный). Например, ПА-321 – пускатель серии ПА, третьей величины, в защищенном исполнении, без теплового реле, нереверсивный.

Автоматическим выключателем называют электрический аппарат напряжением до 1000 В, предназначенный для оперативной коммутации и защиты электрооборудования от ненормальных режимов работы, связанных с короткими замыканиями, перегрузкой или с недопустимым снижением напряжения.

Гашение дуги в автоматических выключателях происходит в среде воздуха, поэтому их называют воздушными. Часто для краткости их именуют также воздушными автоматами, или просто автоматами. Автоматы в пластмассовых корпусах на небольшие номинальные токи называют установочными.

По назначению автоматы одновременно могут быть отнесены как к коммутационным, так и к защитным аппаратам. Набор технических характеристик серийно выпускаемых автоматов широк и разнообразен. Автоматы применяют в цепях постоянного и переменного токов при напряжениях от 110 до 660 В, на номинальные токи от 25 до 6300 А с предельной отключающей способностью от 1,0 до 160 кА. Они могут быть оборудованы только ручным, только электромеханическим или обоими типами приводов включения. Электромеханический привод обеспечивает дистанционное и автоматическое управление.

Максимальная токовая защита от перегрузки осуществляется с помощью различных типов расцепите.геи. Например, защиту от коротких замыканий выполняют на расцепителях электромагнитного и полупроводникового типов.

Для защиты от минимального напряжения и для дистанционного отключения в конструкции автоматов предусматривают расцепители напряжения электромагнитного типа, которые состоят из обмотки и подвижного сердечника, снабженного калиброванной пружиной. При достижении током (напряжением) значения установки, определяемого усилием пружины, происходит перемещение сердечника, который при этом механически воздействует на отключающий валик автомата. Тепловые расцепители действуют на термобиметаллическом принципе подобно тепловому реле. Полупроводниковые расцепители имеют более сложную схему и выполняются в виде электронного блока, снабженного контактными зажимами для подключения и регулировочными рукоятками для уставки и времени срабатывания.

Рис. 60. Механизм свободного расцепления:
а — при включении; б — при отключении: в – при взводе
1, 4 — звенья; 2 — упор: 3, 5, 6, 8 — оси; 7 — расцепитель; 9 — неподвижный контакт; 10 — подвижный контакт; 11 — пружина; 12 — рукоятка.

В полупроводниковый расцепитель (рис. 60) входит механизм свободного расцепления, который является обязательным, для автоматического выключателя. Главным назначением этого механизма является предотвращение включения автомата на уже имеющееся в электроустановке короткое замыкание. При достаточной продолжительности такого включения ток короткого замыкания может быть причиной сварки между собой контактов автомата. Тогда произойдет в лучшем случае срабатывание защиты электроустановки, а в худшем случае — авария.

Механизм свободного расцепления содержит систему «ломающихся» звеньев 1 и 4, шарнирно связанных между собой, а также с подвижным контактом 10, рукояткой 12 и осями 8 —3 — 5 —6. При отсутствии воздействия на «ломающийся» рычаг отключающего усилия от расцепителя 7 (или отключающего валика) звенья 1 — 4, благодаря наличию упора 2, образуют продольно жесткую систему. Передавая усилие от рукоятки на подвижный контакт, они позволяют растянуть отключающую пружину 11 и замкнуть контакты 10 — 9 (рис. 60, а). Установка звеньев 1—4 в положение жесткости происходит либо под действием собственных масс, либо с помощью специальной пружины (рис. 60, о). Однако звенья 1 и 4 не сохранят положения жесткости, если в момент включения сработают расцепители: шток расцепителя 7 ударит в среднюю точку «ломающегося» рычага под осью 3 и повернет оба звена относительно этой оси. Рычаг потеряет жесткость и пружина 11 немедленно разомкнет контакты (рис. 60, в).

Отечественная промышленность серийно выпускает автоматические выключатели широкой номенклатуры:

• установочные автоматы серий ACT, АЕ. А, АК, АП, А3700;
• быстродействующие автоматы серии Э («Электрон»);
• выдвижные автоматы серии АВМ.

Несмотря на значительные конструктивные различия, принципы устройства всех автоматов аналогичны.

Рис. 61. Автомат А3100:
а — устройство (автомат отключен автоматически); б — при взводе; в — при отключении:
1 — пластина дугогасительной камеры; 2 — обойма; 3 — перекидная пружина; 4 — ломающиеся звенья; 5 — рычаг; 6 — собачка; 7 — пластина теплового расцепителя; 8 — рейка; 9 — якорь электромагнитного расцепителя; 10 — сердечник электромагнитного расцепителя; 11 — зуб; 12 — неподвижная ось; 13 — контактодержатель; 14, 15 — контакты; 16 — впадина рычага; 17, 18, 19 — подвижные оси.

Взвод автоматического выключателя А3100 (рис. 61) перед включением осуществляется поворотом рукоятки вниз до упора. При этом фигурный рычаг 5 устанавливается на защелку собачки 6. При включении рукоятка движется вверх вместе с закрепленными на ней концами перекидных пружин 3. После пересечения осью симметрии рукоятки оси 18 рычага 5 пружины 3 перекидывают ось 17 «ломающихся» рычагов вверх, где она попадает во впадину 16 рычага 5. Звенья 4. сжатые между осями 18, 19 и впадиной 16, становятся продольно-жесткими и передают усилие от рукоятки на контактодержатель 13, поворачивая его относительно оси 12 вплоть до замыкания контактов 14 и 15. Рычаг 5 при этом поворачивается относительно точки фиксации его собачкой 6 (рис. 61, б).

Когда автомат включен, механизм автомата фиксируется, так как оси пружин 3, по которым направлены их усилия, лежат выше оси 18. Пружины 3 стремятся повернуть рукоятку вверх, но это движение ограничено корпусом. Звенья 4 с рычагом 5 образуют в этом положении жесткую систему, подвижность которой ограничена в точках 19, 16, 18 и в точке фиксации рычага 5 собачкой 6 (рис. 61, в). Тепловой 7 и максимальный электромагнитный расцепители (на рис. 61 поз. 9 — якорь, 10 — сердечник) воздействуют при срабатывании на рейку 8. поворачивая ее по часовой стрелке. При этом зуб 11 рейки 8 освобождает защелку собачки 6, которая отпускает рычаг 5.

Поворачиваясь под действием пружин 3 вокруг оси 18, этот рычаг своей впадиной 16 «ломает» звенья 4, которые освобождают контактодержатель 13. Пружины 3 моментально размыкают контакты 14, 15 и одновременно несколько опускают рукоятку до зацепления ею рычага 5 (рис. 61, а). Гашение дуги, возникающей при размыкании контактов 14 и 15, происходит в деионной решетке из стальных омедненных пластин 1, укрепленных в фибровой обойме 2.

Реле управления — это такое устройство, которое при воздействии на него электрических импульсов малой мощности управляет цепями или аппаратами электроустановок большой мощности. Реле вообще классифицируются по назначению (для управления и защиты); по принципу действия (электромагнитные, магнитоэлектрические, индукционные, тепловые, полупроводниковые и т. д.); по виду контролируемой величины (времени, тока, напряжения, мощности, уровня и т. д.); по характеру воздействия на выходную цепь (контактные, бесконтактные) и др.

Реле времени используется в схемах защиты с выдержкой времени. Наиболее широкое распространение получили в схемах устройств защиты и автоматики реле тока (рис. 62).

Рис. 62. Токовое реле РТ-80:
1 — алюминиевый диск; 2 — сектор; 3 — червяк; 4 — поворотная рама; 5 — планка; 6 — контакты; 7 — пластина; 8 — регулировочный винт; 9 — якорь; 10 — штепсельное устройство; 11 — катушка; 12 — магнитопровод; 13 — шкала; 14 — пружина.

Их включают в цепь последовательно защищаемому оборудованию, они реагируют на увеличение тока в катушке. Реле срабатывает в случае, когда проходящий через него ток достигнет заранее установленного значение называемого током срабатывания I_ср.

Мгновенное срабатывание реле обеспечивает электромагнитная система, по катушке 11 которой проходит ток, превышающий в несколько раз установленный на шкале реле ток срабатывания. При прохождении тока по катушке поворотный якорь 9 притягивается правым плечом к магнитопроводу 12 и поднимает левое плечо с пластиной 7, в результате чего замыкаются пружинные контакты 6. Винт 8 служит для регулирования тока срабатывания — отсечки. При вывертывании винта 8 воздушный зазор между правым плечом якоря и магнитопроводом увеличивается и отсечка срабатывает при большем токе.

Выдержка времени при срабатывании реле обеспечивается индукционной системой реле, которая состоит из алюминиевого диска 1, помешенного в поворотной раме 4, пружины 14, удерживающей раму в таком положении, что укрепленный на оси диска червяк 3 не сцеплен с сектором 2. При прохождении тока, равного 20-40% от тока срабатывания, по катушке реле в зазорах магнитопровода образуются два магнитных потока, под действием которых диск начинает вращаться. При вращении диска возникают силы, стремящиеся повернуть рамку по часовой стрелке, а пружина 14 препятствует этому вращению. При увеличении тока до значения тока срабатывания возросшие силы преодолевают сопротивление пружины 14 и поворачивают рамку, червяк 3 входит в зацепление с сектором, который переместится вверх и своим рычагом поднимает планку 5, укрепленную на левом плече поворотного якоря 9, и пластина 7 замкнет контакты реле. Настройка выдержки времени реле производится по шкале 13 посредством изменения положения сектора 2: чем выше поднят сектор, тем меньше выдержка времени. Выдержка времени срабатывания реле зависит от тока – чем больше ток, тем меньше время выдержки. Ток срабатывания реле регулируется штепсельным устройством 10.

Реле минимального напряжения включается параллельно защищаемому оборудованию и реагирует на изменение напряжения. Если в сети нормальное напряжение, то контакты реле разомкнуты. При снижении уровня напряжения ниже установленного якорь реле поворачивается против часовой стрелки и контакты реле замыкаются.

Промежуточное реле служит для выполнения различных электрических блокировок, его применяют в схемах управления для размножения одного импульса по нескольким вспомогательным цепям. Наиболее широкое применение в качестве промежуточных в схемах управления нашли малогабаритные реле МКУ-48 и РПТ-100 (рис. 63).

Рис. 63. Промежуточное реле РПТ-100:
1 — контактные мостики; 2 — обмотка: 3 — якорь.

Регулировок тока и времени срабатывания реле не имеют.

При протекании тока по обмотке 2 возникает магнитный поток, который притягивает якорь 3 к магнитопроводу. Тяга, связанная с якорем, перемещает контактные мостики 1, посредством которых происходит замыкание разомкнутых и размыкание замкнутых контактов.

Токовые катушки реле управления и различных измерительных и контрольных приборов подсоединяются к вторичным обмоткам трансформаторов тока. При протекании тока по первичной обмотке трансформатора тока его вторичная обмотка должна быть постоянно замкнута через катушки приборов или реле. В тех случаях, когда возникает необходимость отключения катушки реле или прибора от вторичных цепей трансформатора тока, обмотки предварительно надежно закорачивают. Это выполняется для предотвращения повреждения изоляции обмоток и исключения поражения электрическим током работающих, так как в разомкнутой вторичной обмотке индуцируется опасное напряжение: если произойдет пробой изоляции обмотки, то при прикосновении к ним человека может произойти несчастный случай.

Герметический контакт — геркон (рис. 64) — применяется в реле, логических, суммирующих и других элементах вычислительной техники и представляет собой консольный пружинящий контакт, запаянный в стеклянную трубку диаметром до 6,25 мм, длиной 50 мм.

Рис. 64. Схема реле с магнитоуправляемым герконом:
1 — стеклянный корпус; 2 — контакт; 3 — катушка.

Замыкание контактов геркона происходит под действием магнитного поля определенной напряженности. образованного обмоткой постоянного тока или постоянным магнитом. При уменьшении напряженности пружины возвращаются в исходное положение и контакт размыкается. Переключаемая мощность геркона от 4 до 60 Вг. Они выпускаются на определенные действия контактов: на замыкание, переключение и размыкание электрической цепи. Геркон надежен в работе в интервале температур от -100 до + 200°С.

Серии герконов РПГ, РМГ, РЭС выпускаются на напряжение 3 — 24 В и 48 — 220 В.

Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info!

Эта статья продолжает серию публикаций по электрическим аппаратам защиты — автоматическим выключателям, УЗО, дифавтоматам, в которых мы подробно разберем назначение, конструкцию и принцип их работы, а также рассмотрим их основные характеристики и детально разберем расчет и выбор электрических аппаратов защиты. Завершит этот цикл статей пошаговой алгоритм, в котором кратко, схематично и в логической последовательности будет рассмотрен полный алгоритм расчета и выбора автоматических выключателей и УЗО.

Чтобы не пропустить выход новых материалов по этой теме подписывайтесь на новостную рассылку, форма подписки внизу этой статьи.

Ну а в этой статье мы разберемся, что же такое автоматический выключатель, для чего предназначен, как он устроен и рассмотрим, как он работает.

Автоматический выключатель (или обычно просто «автомат») — это контактный коммутационный аппарат, который предназначен для включения и отключения (т.е. для коммутации) электрической цепи, защиты кабелей, проводов и потребителей (электрических приборов) от токов перегрузки и от токов короткого замыкания.

Т.е. автоматический выключатель выполняет три основный функции:

1) коммутацию цепи (позволяет включать и отключать конкретный участок электрической цепи);

2) обеспечивает защиту от токов перегрузки, отключая защищаемую цепь, когда в ней протекает ток, превышающий допустимый (например, при подключении в линию мощного прибора или приборов);

3) отключает от питающей сети защищаемую цепь, когда в ней возникают большие по значению токи короткого замыкания.

Таким образом, автоматы выполняют одновременно и функции защиты и функции управления.

По конструктивному исполнению выпускаются три основных типа автоматических выключателей:

— воздушные автоматические выключатели (применяются в промышленности в цепях с большими токами в тысячи ампер);

— автоматические выключатели в литом корпусе (рассчитаны на большой диапазон рабочих токов от 16 до 1000 Ампер);

— модульные автоматические выключатели, наиболее нам известные, к которым мы привыкли. Они широко применяются в быту, в наших домах и квартирах.

Модульными они называются потому, что их ширина стандартизирована и в зависимости от количества полюсов, кратна 17.5 мм, более подробно этот вопрос будет рассмотрен в отдельной статье.

Мы с вами будем рассматривать именно модульные автоматические выключатели и устройства защитного отключения.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

Рассматривая конструкцию УЗО, я говорил, что для исследования от заказчика достались также и автоматические выключатели, конструкцию которых мы сейчас рассмотрим.

Корпус автоматического выключателя изготавливается из диэлектрического материала. На передней панели нанесена торговая марка (брэнд) производителя, каталожный номер. Основные характеристики — номинал (в нашем случае номинальный ток 16 Ампер) и время токовая характеристика (у нашего образца С).

Также на передней поверхности указываются и другие параметры автоматического выключателя, о которых речь пойдет в отдельной статье.

На задней части имеется специальное крепление для монтажа на DIN-рейку и крепления на ней с помощью специальной защелки.

DIN-рейка — это металлическая рейка специальной формы, шириной 35 мм, предназначенная для крепления модульных устройств (автоматов, УЗО, различных реле, пускателей, клеммников и т.д.; выпускаются счетчики электроэнергии специально для установки на DIN-рейку). Для монтажа на рейку необходимо завести корпус автомата за верхнюю часть DIN-рейки и нажать на нижнюю часть автомата, чтобы фиксатор защелкнулся. Для снятия с DIN-рейки необходимо поддеть снизу фиксатор защелки и снять автомат.

Встречаются модульные устройства с тугими защелками, в этом случае при установке на DIN-рейку необходимо поддевать снизу защелку фиксатора, заводить автомат на рейку и потом отпускать защелку, либо защелкивать ее принудительно, надавливая на нее отверткой.

Корпус автоматического выключателя состоит из двух половинок, соединенных четырьмя заклепками. Чтобы разобрать корпус, необходимо высверлить заклепки и снять одну из половинок корпуса.

В результате получаем доступ к внутреннему механизму автоматического выключателя.

Итак, в конструкцию автоматического выключателя входят:

1 — верхняя винтовая клемма;

2 — нижняя винтовая клемма;

3 — неподвижный контакт;

4 — подвижный контакт;

5 — гибкий проводник;

6 — катушка электромагнитного расцепителя;

7 — сердечник электромагнитного расцепителя;

8 — механизм расцепителя;

9 — рукоятка управления;

10 — гибкий проводник;

11 — биметаллическая пластина теплового расцепителя;

12 — регулировочный винт теплового расцепителя;

13 — дугогасительная камера;

14 — отверстие для отвода газов;

15 — защелка фиксатора.

Поднимая рукоятку управления вверх, автоматический выключатель подключается к защищаемой цепи, опустив рукоятку вниз — отключатся от нее .

Тепловой расцепитель, представляет собой биметаллическую пластину, которая нагревается проходящим через нее током, и если ток превышает заданное значение, пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепителя, отключая таким образом автоматический выключатель от защищаемой цепи.

Электромагнитный расцепитель — это соленоид, т.е. катушка с намотанной проволокой, а внутри сердечник с пружиной. При возникновении короткого замыкания ток в цепи очень быстро нарастает, в обмотке катушки электромагнитного расцепителя наводится магнитный поток, под воздействием наведенного магнитного потока перемещается сердечник, и, преодолевая усилие пружины, воздействует на механизм и отключает автомат.

Как работает автоматический выключатель?

В обычном (неаварийном) режиме работы автоматического выключателя, когда рычаг управления взведен, электрический ток подается к автомату через питающий провод, подключенный к верхней клемме, далее ток проходит на неподвижный контакт, через него на подключенный к нему подвижный контакт, далее через гибкий проводник подается на катушку соленоида, после катушки по гибкому проводнику на биметаллическую пластину теплового расцепителя, от него на нижнюю винтовую клемму и далее в цепь подключенной нагрузки.

На рисунке показан автомат во включенном состоянии: рычаг управления поднят вверх, подвижный и неподвижный соединены.

Перегрузка возникает, когда ток в цепи, контролируемой автоматическим выключателем, начинает превышать номинальный ток автомата. Биметаллическая пластина теплового расцепителя начинает нагреваться проходящим через нее повышенным электрическим током, изгибается, и, если ток в цепи не уменьшается, пластина воздействует на механизм расцепления, и автоматический выключатель отключается, размыкая защищаемую цепь.

Для нагрева и изгибания биметаллической пластины требуется некоторое время. Время срабатывания зависит от величины проходящего через пластину тока, чем больше ток, тем меньше время срабатывания и может быть от нескольких секунд до часа. Минимальный ток срабатывания теплового расцепителя составляет 1,13-1,45 от номинального тока автомата (т.е. тепловой расцепитель начинает срабатывать при превышении номинального тока на 13-45%).

Автоматический выключатель — это устройство аналоговое, этим объясняется такой разброс параметров. Существуют технические сложности при его точной настройке. Ток срабатывания теплового расцепителя устанавливается на заводе регулировочным винтом 12. После того, как остынет биметаллическая пластина, автоматический выключатель готов к дальнейшему использованию.

Температура биметаллической пластины зависит от температуры окружающей среды: если автоматический выключатель установлен в помещении с высокой температурой воздуха, то тепловой расцепитель может сработать при меньшем токе, соответственно при низких температурах ток срабатывания теплового расцепителя может быть выше допустимого. Подробно этот вопрос смотрите в статье Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?

Тепловой расцепитель срабатывает не сразу, а через какое-то время, давая возможность току перегрузки вернуться к своему нормальному значению. Если же в течение этого времени ток не снижается, тепловой расцепитель срабатывает, защищая цепь потребителей от перегрева, оплавления изоляции и возможного возгорания проводки.

К перегрузке может приводить подключение в линию мощных приборов, превышающих расчетную мощность защищаемой цепи. Например, при включении в линию очень мощного нагревателя или электроплиты с духовкой (с мощностью, превышающей расчетную мощность линии), или одновременно несколько мощных потребителей (электроплита, кондиционер, стиральная машина, бойлер, электрочайник и т.п.), либо большого количества одновременно включенных приборов.

При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает, наводимое в катушке по закону электромагнитной индукции магнитное поле перемещает сердечник соленоида, который приводит в действие механизм расцепителя и размыкает силовые контакты автоматического выключателя (т.е. подвижный и неподвижный контакты). Линия размыкается, позволяя снять с аварийной цепи питание и защитить от возгорания и разрушения сам автомат, электропроводку и замкнувший электроприбор.

Электромагнитный расцепитель срабатывает практически мгновенно (около 0,02с), в отличие от теплового, но при значительно больших значениях тока (от 3-х и более значений номинального тока), поэтому электропроводка не успевает нагреться до температуры плавления изоляции.

При размыкании контактов цепи, когда в ней проходит электрический ток, возникает электрическая дуга, и чем больше ток в цепи — тем дуга мощнее. Электрическая дуга вызывает эррозию и разрушение контактов. Чтобы защитить контакты автоматического выключателя от ее разрушающего действия, дуга, возникающая в момент размыкания контактов, направляется в дугогасительную камеру (состоящую из параллельных пластин), где она дробится, затухает, охлаждается и исчезает. При горении дуги образуются газы, они отводятся наружу из корпуса автомата через специальное отверстие.

Автомат не рекомендуется использовать в качестве обычного выключателя цепи, особенно если его отключать при подключенной мощной нагрузке (т.е. при больших токах в цепи), поскольку это ускорит разрушение и эррозию контактов.

Итак, давайте резюмируем:

— автоматический выключатель позволяет коммутировать цепь (переводя рычаг управления вверх – автомат подключается к цепи; переводя рычаг вниз – автомат отключает питающую линию от цепи нагрузки);

— имеет встроенный тепловой расцепитель, который защищает линию нагрузки от токов перегрузки, он инерционен и срабатывает через некоторое время;

— имеет встроенный электромагнитный расцепитель, защищающий линию нагрузки от больших токов короткого замыкания и срабатывает почти мгновенно;

— содержит дугогасящую камеру, которая защищает силовые контакты от разрушительного действия электромагнитной дуги.

Конструкцию, назначение и принцип действия мы разобрали.

В следующей статье мы рассмотрим основные характеристики автоматического выключателя, которые необходимо знать при его выборе.

Смотрите Конструкция и принцип работы автоматического выключателя в видеоформате:

Полезные статьи по теме:

Устройство и принцип работы автоматических выключателей

Для обеспечения защиты электрических сетей используют автоматические выключатели. Подобное оборудование успело завоевать популярность благодаря легкому монтажу и ремонту, а также компактным габаритам.

Внешне данное устройство выглядит как короб из пластика, который обладает сопротивлением высоким температурам. Передняя панель оснащается рукояткой для включения и отключения оборудования. Задняя панель оснащена специальным фиксатором для закрепления выключателя, а верхние и нижние крышки оснащаются клеммами особой формы. В этой статье мы рассмотрим типы данных устройств, их конструкцию, а также принцип работы дифференциального автоматического выключателя.

Виды автоматических выключателей

Подобные устройства делятся на несколько типов:

• установочные автоматы – оснащаются пластиковым коробом, благодаря чему данные устройства можно монтировать в жилых помещениях без риска получения повреждений током;
• универсальные автоматы – не оснащаются защитным корпусом, а потому их можно монтировать только в специальном распределительном оборудовании;
• быстродействующие автоматы – особенность заключается в том, что время реагирования составляет менее 5 миллисекунд;
• автоматы замедленного действия – в таких моделях время срабатывания колеблется в диапазоне от 10 до 100 миллисекунд;
• селективные – подобное оборудование можно настроить на определенное время выключения в области тока короткого замыкания;
• электрооборудование обратного тока – техника срабатывает исключительно при смене направления тока в определенном участке;
• поляризованные устройства – обесточивают участок цепи при условии значительного скачка силы тока;
• неполяризованные – работают так же, как и предыдущие только во всех направлениях тока.

Разные виды автоматических выключателей

Скорость отключения напрямую зависит от принципа действия устройства. Также скорость отключения зависит от наличия условий для моментального обесточивания определенного участка цепи. Данные условия созданы в электрооборудовании, которые работают по методу токоограничения.

Конструкция автоматического выключателя

Методы работы, а также конструктивные особенности подобных устройств зависят от области применения и задачами, возложенными на устройство. Запуск и выключение оборудования может происходить в ручном режиме или посредством электромагнитного и электродвигательного привода.

Ручная схема отключения присутствует в защитных устройствах, которые рассчитаны на силу тока, не превышающую 1000 ампер. Главной особенностью подобной техники является предельная коммутационная способность, которая не связана со скоростью движения рукояти. Это значит, что операция должна быть проведена до конца, чтобы изменения возымели эффект.

В некоторых случаях возникает необходимость самостоятельного ремонта выключателей, рекомендуем прочитать данную статью с пошаговой инструкцией. О том, как правильно обустроить заземление в доме можно узнать, перейдя по ссылке http://vse-postroim-sami.ru/engineering-systems/electrician/433_kak-sdelat-zazemlenie-v-dome/ Для разведения проводки придется провести такую операцию, как штробление стен.

Электродвигательный или электромагнитные элементы запитаны от электрического тока. Такие схемы должны быть оснащены защитой от произвольного повторного запуска. Также процесс включения устройства должен останавливаться при условии повышения или понижения напряжения в защищаемом участке цепи от 85 до 110 % от нормального.

Во время перегрузки сети или короткого замыкания прекращение работы автомата происходит в независимости от положения рукояти, отвечающей за запуск/отключение оборудования.

Конструкция автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем

Одним из самых важных компонентов автоматических выключателей можно считать расцепитель. Данная деталь контролирует определенную характеристику участка сети и во время аварийной ситуации воздействует на специальный элемент, который выключает оборудование. Помимо этого, расцепитель необходим для удаленного выключения автомата. Самыми распространенными на современном рынке являются нижеперечисленные виды:

• электромагнитные – осуществляют защиту проводки от коротких замыканий;
• термические – нужны для осуществления защиты от скачков силы тока;
• смешанные;
• полупроводниковые – данный тип отличается легкостью регулировки и значительной стабильностью настроек отключения.

В отдельных случаях, когда требуется осуществить соединения цепи без электрического тока, могут использовать защитное электрооборудование, не оснащенные расцепителями.

В современном мире производится огромное количество защитного электрооборудования, которое можно использовать в разных климатических условиях и размещать в разных помещениях. Также разные серии устройств рассчитаны на установку в сложных условиях и характеризуются различной степенью сопротивления агрессивным воздействиям внешних факторов.

Вся необходимая информация, с которой следует ознакомиться до покупки подобного оборудования, находится в нормативно-технической документации. В большинстве случаев она представлена ТУ производителя. В редких случаях для обобщения товаров, которые имеют используются в различных сферах и изготавливаются одновременно большим числом компаний, уровень документации может быть повышен, причем, в некоторых случаях до Госстандарта.

Разные фиды расцепителей

Конструкция данного оборудования включает в себя следующие компоненты:

• система автоматического расцепления;
• система контроля;
• система контактов;
• решетка гашения дуги;
• расцепители.

Контактная система представлена некоторым количеством статичных контактов, которые установлены в корпусе, а также несколькими динамичными контактами. Последние закрепляются на полуоси рукояти управления при помощи шарниров. Система предназначена для одинарного разрыва участка электрической сети.

Механизм погашения дуги монтируется в обоих полюсах автомата и необходим для захвата дуги в и ее охлаждение до полного исчезновения. Механизм, по сути, является камерой для гашения дуги, в которой установлена деионная решетка из металлических пластинок. Иногда механизм может оснащаться специальными искрогасителями в виде фибровых пластинок.

Система автоматического расцепления является шарнирным устройством на три или четыре звена. Данная система используется для мгновенного расцепления и выключения системы контактов. Может использоваться и в ручных устройствах, и в автоматических.

Электромагнитный расцепитель является обычным электромагнитом с крюком. Обрудование предназначено для выключения всей системы в автоматическом режиме при коротком замыкании. Некоторые расцепители дополнительно оснащаются системой гидравлического замедления.

Тепловой расцепитель в автоматах представлен специальной металлической пластинкой. При значительном повышении напряжения данная пластинка деформируется, после чего осуществляется автоматическое выключение. Время выдержки сокращается по мере повышения напряжения.

Схема автоматического выключателя с тепловой защитой

Полупроводниковый элемент представлен измерительным устройством, магнитом и блоком реле. Магнит оказывает воздействие на систему автоматического расцепления автоматического выключателя.

Измерительный элемент в данном случае представлен трансформатором электричества или магнитным усилителем. Первый используется для переменного тока, а второй для постоянного.

В большинстве защитного электрооборудования используются совмещенные расцепители, которые используют термоэлементы для защиты от повышения силы тока и магнитные катушки для защиты от коротких замыканий.

В конструкции защитного устройства присутствуют некоторые компоненты, которые монтируются внутрь или снаружи автомата. Данные элементы могут быть различного рода расцепителями, дополнительными контактами, приводами для удаленного контроля, сигнализацией автоматического выключения.

Принцип работы автоматического выключателя

В обычном рабочем режиме через автоматический выключатель проходит ток, сила которого должна быть меньшей и равной нормальному значению. Электричество, которое используется для запитки устройства, подается на клемму в верхней части устройства, которая соединена со статичным контактом. С этого контакта ток идет на динамичный контакт, после чего проходит через металлический проводник и попадает на катушку соленоида.

После прохождения через катушку электричество идет по термическому расцепителю, и только после этого ток приходит на клемму в нижней части защитного электрооборудования.

Во время значительного повышения напряжения или риска короткого замыкания защитное электрооборудование отключает сеть. Это происходит с помощью системы автоматического расцепления, которая запускается посредством термического или электромагнитного расцепителя.

Принцип работы автоматического выключателя

Принцип работы автомата во время перегруза цепи

Главное назначение автоматических выключателей заключается в обеспечении защиты участка сети во время перегруза или короткого замыкания. Перегруз сети означает, что сила тока в определенном участке перевалила через максимальное значение для данного защитного электрооборудования. Слишком сильный ток проходит по тепловому расцепителю, вызывая его деформацию. В зависимости от разницы действующей силы тока и обычного значения деформация достигает определенного уровня, результатом которой может стать отключение автомата.

Тепловая защита автомата срабатывает не моментально, поскольку для деформации металлической пластинки необходимо достаточно нагреть ее. Время на отключение напрямую зависит от избыточной силы тока в защищаемом участке и может составлять как несколько секунд, так и час.

Подобная задержка необходима, чтобы автомат не срабатывал постоянно при небольших или непродолжительных скачках силы тока в определенном участке сети. В большинстве своем, такие скачки происходят во время включения электрооборудования с высокими стартовыми токами.

Сила тока, при которой срабатывает термический элемент в защитном электрооборудовании, выставляется посредством регулировочной детали еще на заводе-производителе. Как правило, данное значение должно превышать нормальное число в 1.1 – 1.5 раза.

Также следует знать, что в помещениях с высокой температурой автомат может работать некорректно, поскольку термический элемент может деформироваться быстрее, чем нужно. В свою очередь в помещениях с низкой температурой автомат сработает позже необходимого времени.

Принцип работы устройства во время перегруза цепи

Перегрузка электрической сети возникает в случае подключения большого количества приборов, общая мощность потребления которых, превышает нормальную мощность. Включение нескольких мощных электроприборов скорее всего вызовет срабатывание термического элемента.

Если такое произошло, следует до включения автомата определиться с тем, какие приборы следует отключить, произвести отключение и немного подождать. Это время необходимо, чтобы термический элемент в защитном электрооборудовании остыл и встал в начальное положение.

Принцип работы автоматического выключателя во время короткого замыкания

Устройство автоматических выключателей позволяет защищать электрическую цепь не только от перегруза, но и от коротких замыканий. Во время таких аварийных ситуаций ток повышается настолько, что может расплавиться изоляция проводки. Для предотвращения такой неприятности следует моментально отключить сеть. Эта задача возложена на электромагнитный расцепитель.

Данный элемент состоит из катушки соленоида и стального сердечника, который фиксируется специальной пружиной. Моментальный скачок силы тока в обмотке катушки ведет к пропорциональному повышению магнитной индукции, вследствие чего сердечник плотнее прилегает к пружине. По мере нарастания магнитной индукции стальной сердечник преодолевает воздействие пружины и прижимает выключатель.

После этого моментально размыкаются контакты, и подача электричества в защищаемый участок прекращается. Электромагнитный элемент включается моментально и предотвращает воспламенение изоляции.

Во время отключения контактов при аварийной ситуации между ним возникает так называемая дуга, максимальная температура которой составляет 3000 градусов. Само собой разумеется, что элементы защитного электрооборудования следует защитить от настолько высоких температур. Для этих целей автоматы оснащаются специальными системами гашения дуги. Это устройство внешне похоже на коробку, которая состоит из нескольких пластинок из металла.

Разные дугогасительные камеры

Высокотемпературная дуга появляется в месте отключения контактов. После этого один край дуги движется по динамичному контакту, а другой проходит по статичному элементу, переходит на металлический проводник, а затем доходит до задней грани системы гашения дуги. Попадая на решетку из пластинок, дуга делится на части, теряет температуру и в итоге гаснет. Снизу автоматического выключателя находятся специальные отверстия для вывода образующихся в момент гашения дуги газов.

Если защитное электрооборудование сработало из-за короткого замыкания, то у вас не получится включить электричество, пока вы не обнаружите саму причину возникновения поломки. В большинстве случаев проблема кроется в выходе из строя какого-либо электрооборудования.

Для повторного запуска устройства следует отсоединить электрооборудование и попытаться запустить выключатель. Если сделать это получилось и оборудование не выбило в ближайшее время, значит, проблема заключается в поломке техники. Останется только опытным путем выяснить, какое именно устройство вышло из строя. Если автоматический выключатель срабатывает после отключения всех приборов, значит, проблема в нарушении изоляции проводки. Для устранения подобной неисправности придется вызывать специалистов, которые смогут обнаружить и устранить поломку.

Если вы столкнулись с такой проблемой, как постоянные отключения защитного электрооборудования, то не стоит устанавливать новое устройство с более высоким номинальным значением силы тока – эти действия проблему не разрешат. Данное оборудование монтируется с учетом площади поперечного сечения провода, а значит, слишком высокий ток попросту не сможет возникнуть в проводке. Выяснить причину неисправности и устранить ее помогут соответствующие специалисты, самостоятельные действия крайне рискованны.

Видео