Применение защитной автоматики – обязательное условие, которое приходится соблюдать при проектировании и эксплуатации электрических сетей. Ее функции направлены на защиту:
- человека от поражений электротоком;
- электроприборов от выхода из строя при отклонениях напряжения;
- имущества от частичной либо полной его потери и т.д.
Для этих целей используются защитные приборы различного назначения (УЗО, реле напряжения и пр.), зона ответственности за электропроводку (от возгораний) принадлежит автоматическому выключателю (АВ).
Это устройство, предназначенное для аварийного отключения нагрузки в случае токовых перегрузок и сверхтоков, сопутствующих короткому замыканию (КЗ), пришло на смену плавких предохранителей. Примером таких элементов защиты можно назвать электрические пробки – обязательные спутники электросчетчика на старых вводных щитках. Основное преимущество АВ перед предшественниками заключается в многоразовом использовании. Кроме того перегорание плавкого предохранителя по одной фазе в трехфазной сети в свою очередь само создает аварийную ситуацию. Это опасно, например, при работе электродвигателей – трехфазный автомат в таком случае отключает все три.
Принцип действия автоматического выключателя
Принцип действия важного защитного автомата достаточно прост, чтобы понять его, следует вкратце ознакомиться с устройством АВ. Конструкция автоматического выключателя представлена следующими основными элементами:
- механизмом включения/отключения автомата;
- биметаллической пластиной теплового расцепителя;
- катушкой с сердечником и якорем электромагнитного расцепителя;
- контактной группой, обеспечивающей коммутацию цепей нагрузки.
Дополнить перечень можно дугогасящей камерой, призванной гасить электрическую дугу, клеммами для подключения входных и выходных проводов, корпусом АВ и рычажком включения. Однако в алгоритме работы АВ непосредственное участие принимают попавшие в перечень элементы.
Механизм автомата предназначен для включения устройства вручную. Кроме того он позволяет автомат отключать (также с помощью рычага), например при необходимости обесточить контролируемые участки электрической сети. Взведенная пружина механизма размыкает цепь замкнутых силовых контактов под воздействием одного из двух расцепителей, на последние возложены основные функции контроля. Происходит это следующим образом.
Тепловой расцепитель и электромагнитный расцепитель, точнее его катушка, а также подвижный силовой контакт контактной группы включены последовательно. Это значит, что контролируемый ток одинаковой силы протекает через все элементы. В штатном режиме, когда сила тока через эту цепочку не превышает номинала АВ, он остается включенным, замкнутое состояние контактов обеспечивает взведенный механизм.
Рассмотрим нештатные ситуации: режим перегрузки и режим КЗ. В первой ситуации должен срабатывать тепловой расцепитель, вызывая момент расцепления контактов автомата. Превышение номинальных токов деформирует за счет нагрева биметаллическую пластину, в определенном положении она касается механизма и приводит к его автоматическому выключению.
Тепловые расцепители достаточно инерционны, это избавляет от защитных отключений при кратковременных перегрузках, например от пусковых токов. На практике время срабатывания теплового расцепителя зависит от силы тока, превышающего номинальное значение, чем выше превышение, тем быстрее расцепитель срабатывает.
В отличие от теплового «коллеги» электромагнитный расцепитель обеспечивает практически мгновенное отключение. Мгновенное срабатывание оберегает электропроводку от повреждения токами КЗ и происходит это следующим образом. Многократно превышающий номинальное значение ток, протекая через катушку расцепителя, вызывает срабатывание электромагнита. В момент срабатывания электромагнитной системы, якорь воздействует на механизм и в результате размыкания контактов отключает нагрузку.
Таким образом, тепловой и электромагнитный расцепители АВ оберегают электрическую сеть от опасных токов, способных привести к возгораниям электропроводки с последующим пожаром.