Наверняка многие из нас задумывались, почему автоматические выключатели так оперативно вытеснили из электросхем устаревшие плавкие предохранители? Активность их внедрения обоснована рядом весьма убедительных аргументов, среди которых возможность купить этот вид защиты, идеально соответствующий время-токовым данным конкретных видов электрооборудования.

Сомневаетесь, какой именно автомат вам нужен и не знаете, как правильно его выбрать? Мы поможем найти верное решение – в статье рассмотрена классификация этих устройств. А также важные характеристики, на которые следует обратить пристальное внимание при выборе автоматического выключателя.

Чтобы вам было проще разобраться с автоматами, материал статьи дополнен наглядными фото и полезными видеорекомендациями от специалистов.

Автомат практически моментально отключает вверенную ему линию, что исключает повреждение проводки и питающейся от сети техники. После выполненного отключения ветку можно сразу же вновь запустить, не производя замену предохранительного прибора.

Если вы обладаете знаниями или опытом выполнения электромонтажных работ, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте ваши комментарии о выборе автоматического выключателя и нюансах его установки в комментариях ниже.

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, на страницах сайта , будем рассматривать именно модульные автоматические выключатели и устройства защитного отключения.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

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

Основное отличие этих коммутационных аппаратов от всех остальных подобных устройств состоит в комплексном сочетании способностей:

1. длительно поддерживать номинальные нагрузки в системе за счет надежного пропускания через свои контакты мощных потоков электроэнергии;

2. защищать работающее оборудование от случайно возникающих неисправностей в электрической схеме за счет быстрого снятия с него питания.

При нормальных условиях эксплуатации оборудования оператор может вручную коммутировать нагрузки автоматическими выключателями, обеспечивая:

разные схемы питания;

изменение конфигурации сети;

вывод оборудования из работы.

Аварийные ситуации в электрических системах возникают мгновенно и стихийно. Человек не способен быстро среагировать на их появление и принять меры к устранению. Эта функция возлагается на автоматические устройства, встроенные в выключатель.

В энергетике принято деление электрических систем по видам тока:

постоянный;

переменный синусоидальный.

Кроме того, существует классификация оборудования по величине напряжения на:

низковольтное - менее тысячи вольт;

высоковольтное - все остальное.

Для всех типов этих систем создаются свои автоматические выключатели, предназначенные для многократной работы.

Цепи переменного тока

По мощности передаваемой электроэнергии автоматические выключатели в цепях переменного тока условно подразделяют на:

1. модульные;

2. в литом корпусе;

3. силовые воздушные.

Модульные конструкции

Специфическое исполнение в виде небольших стандартных модулей с шириной кратной 17,5 мм определяет их название и конструкцию с возможностью установки на Din-рейку.

Внутреннее устройство одного из подобных автоматических выключателей показано на картинке. Его корпус полностью изготовлен из прочного диэлектрического материала, исключающего .

Питающий и отходящий провода подключаются на верхний и нижний клеммный зажим соответственно. Для ручного управления состоянием выключателя установлен рычаг с двумя фиксированными положениями:

верхнее предназначено для подачи тока через замкнутый силовой контакт;

нижнее - обеспечивает разрыв цепи питания.

Каждый из подобных автоматов рассчитан на длительную работу при определенной величине (Iн). Если же нагрузка становится больше, то происходит разрыв силового контакта. Для этого внутри корпуса размещено два вида защит:

1. тепловой расцепитель;

2. токовая отсечка.

Принцип их работы позволяет объяснить времятоковая характеристика, выражающая зависимость времени срабатывания защиты от проходящего сквозь нее тока нагрузки или аварии.

Представленный на картинке график приведен для одного конкретного автоматического выключателя, когда зона работы отсечки выбрана в 5÷10 крат номинального тока.

При первоначальной перегрузке работает тепловой расцепитель, выполненный из , которая при увеличенном токе постепенно нагревается, изгибается и воздействует на отключающий механизм не сразу, а с определенной задержкой по времени.

Таким способом он позволяет небольшим перегрузкам, связанным с кратковременным подключением потребителей, самоустраниться и исключить излишние отключения. Если же нагрузка обеспечит критический нагрев проводки и изоляции, то происходит разрыв силового контакта.

Когда же в защищаемой цепи возникает аварийный ток, способный своей энергией сжечь оборудование, то в работу вступает электромагнитная катушка. Она импульсом за счет броска возникшей нагрузки выкидывает сердечник на отключающий механизм с целью мгновенного прекращения запредельного режима.

На графике видно, что чем выше токи коротких замыканий, тем быстрее происходит их отключение электромагнитным расцепителем.

По этим же принципам работает бытовой предохранитель автоматический ПАР.

При разрыве больших токов создается электрическая дуга, энергия которой может выжечь контакты. Чтобы исключить ее действие в автоматических выключателях используется дугогасительная камера, разделяющая дуговой разряд на маленькие потоки и гасящая их за счет охлаждения.

Кратность отсечек модульных конструкций

Электромагнитные расцепители настраиваются и подбираются под работу с определенными нагрузками потому, что при запуске они создают разные переходные процессы. Например, во время включения различных светильников кратковременный бросок тока из-за изменяющегося сопротивления нити накала может приближаться к трем кратам номинальной величины.

Поэтому для розеточной группы квартир и цепей освещения принято выбирать автоматические выключатели с времятоковой характеристикой типа «В». Она составляет 3÷5 Iн.

Асинхронные двигатели при раскрутке ротора с приводом вызывают бо́льшие токи перегрузок. Для них подбирают автоматы с характеристикой «С», или - 5÷10 Iн. За счет созданного запаса по времени и току они позволяют двигателю раскрутиться и гарантированно выйти на рабочий режим без излишних отключений.

В промышленных производствах на станках и механизмах встречаются нагруженные привода, подключенные к двигателям, которые создают более увеличенные перегрузки. Для таких целей применяют автоматические выключатели характеристики «D» с номиналом 10÷20 Iн. Они хорошо себя зарекомендовали при работе в схемах с активно-индуктивными нагрузками.

Кроме того, у автоматов есть еще три вида стандартных времятоковых характеристик, которые применяются в специальных целях:

1. «А» - у длинных проводок с активной нагрузкой или защит полупроводниковых устройств с величиной 2÷3 Iн;

2. «K» - для выраженных индуктивных нагрузок;

3. «Z» - у электронных устройств.

В технической документации у разных производителей кратность срабатывания отсечки для последних двух типов может немного отличаться.

Этот класс устройств способен коммутировать бо́льшие токи, чем модульные конструкции. Их нагрузка может достигать величины до 3,2 килоампера.

Они изготавливаются по тем же принципам, что и модульные конструкции, но, с учетом повышенных требований к пропусканию увеличенной нагрузки, им стараются придать относительно маленькие габариты и высокое техническое качество.

Эти автоматы предназначены для безопасной работы на промышленных объектах. По величине номинального тока их условно делят на три группы с возможностью коммутации нагрузок до 250, 1000 и 3200 ампер.

Конструктивное исполнение их корпуса: трех- или четырехполюсные модели.

Силовые воздушные выключатели

Они работают в промышленных установках и оперируют токами очень больших нагрузок до 6,3 килоампера.

Это наиболее сложные устройства коммутационных аппаратов низковольтного оборудования. Они используются для работы и защиты электрических систем в качестве вводных и отходящих аппаратов распределительных установок повышенных мощностей и для подключения генераторов, трансформаторов, конденсаторов или мощных электродвигателей.

Схематичное изображение их внутреннего устройства показано на картинке.

Здесь используется уже двойной разрыв силового контакта и установлены дугогасящие камеры с решетками на каждой стороне отключения.

В алгоритме работы участвуют катушка включения, замыкающая пружина, мотор-привод взвода пружины и элементы автоматики. Для контроля протекающих нагрузок встроен трансформатор тока с защитной и измерительной обмоткой.

Автоматические выключатели высоковольтного оборудования относятся к очень сложным техническим устройствам и изготавливаются строго индивидуально под каждый класс напряжения. Они используются, как правило, .

К ним предъявляются требования:

высокой надежности;

безопасности;

быстродействия;

удобства пользования;

относительной бесшумности при работе;

оптимальной стоимости.

Нагрузки, которые разрывают при аварийном отключении, сопровождаются очень сильной дугой. Для ее гашения используются различные способы, включая разрыв цепи в специальной среде.

В состав такого выключателя входят:

контактная система;

дугогасительное устройство;

токоведущие части;

изолированный корпус;

приводной механизм.

Один из таких коммутационных аппаратов показан на фотографии.

Для качественной работы схемы в подобных конструкциях, кроме рабочего напряжения, учитывают:

номинальную величину тока нагрузки для надежной ее передачи во включенном состоянии;

максимальный ток короткого замыкания по действующему значению, который способен выдержать отключающий механизм;

допустимую составляющую апериодического тока в момент разрыва схемы;

возможности автоматического повторного включения и обеспечение двух циклов АПВ.

По способам гашения дуги во время отключения выключатели классифицируют на:

масляные;

вакуумные;

воздушные;

элегазовые;

автогазовые;

электромагнитные;

автопневматические.

Для надежной и удобной работы они снабжаются приводным механизмом, который может использовать один или несколько видов энергий либо их сочетаний:

взведенной пружины;

поднятого груза;

давления сжатого воздуха;

электромагнитного импульса от соленоида.

В зависимости от условий применения они могут создаваться с возможностью работы под напряжением от одного и до 750 киловольт включительно. Естественно, что они имеют разную конструкцию. габариты, возможности автоматического и дистанционного управления, настройку защит для безопасной эксплуатации.

Вспомогательные системы таких автоматических выключателей могут иметь очень сложную разветвленную структуру и размещаться на дополнительных панелях в специальных технических зданиях.

Цепи постоянного тока

В этих сетях тоже работает огромное число автоматических выключателей, обладающих разными возможностями.

Электрооборудование до 1000 вольт

Здесь массово внедряются современные модульные устройства, имеющие возможность крепления на Din-рейку.

Они успешно дополняют классы старых автоматов типа , АЕ и других подобных, которые закреплялись на стенках щитов винтовыми соединениями.

Модульные конструкции постоянного тока имеют такое же устройство и принцип работы, как их аналоги на переменном напряжении. Они могут выполняться одним или несколькими блоками и подбираются по нагрузке.

Электрооборудование выше 1000 вольт

Высоковольтные автоматические выключатели для постоянного тока работают на установках электролизного производства, металлургических промышленных объектах, железнодорожном и городском электрифицированном транспорте, предприятиях энергетики.

Основные технические требования к работе подобных устройств соответствуют их аналогам на переменном токе.

Гибридный выключатель

Ученым шведско-швейцарской компании ABB удалось разработать высоковольтный выключатель постоянного тока, сочетающий в своем устройстве две силовые конструкции:

1. элегазовую;

2. вакуумную.

Он получил название гибридного (HVDC) и использует технологию последовательного гашения дуги сразу в двух средах: гексафторида серы и вакуума. Для этого собрана следующее устройство.

На верхнюю шину гибридного вакуумного выключателя подводится напряжение, а с нижней шины элегазового - снимается.

Силовые части обоих коммутационных устройств соединены последовательно и управляются своими индивидуальными приводами. Чтобы они одновременно работали создано устройство управления синхронизированных координатных операций, которое передает команды на управляющий механизм с независимым питанием по оптоволоконному каналу.

За счет применения высокоточных технологий разработчикам конструкции удалось достичь согласованности действий исполнительных механизмов обоих приводов, которая укладывается в промежуток времени менее одной микросекунды.

Управление выключателем происходит от блока релейной защиты, встроенного через ретранслятор в линию электропередачи.

Гибридный выключатель позволил значительно повысить эффективность составных элегазовых и вакуумных конструкций за счет использования их совместных характеристик. При этом удалось реализовать преимущества перед другими аналогами:

1. способность надежно отключать токи КЗ при высоковольтном напряжении;

2. возможность небольшого усилия для проведения коммутаций силовых элементов, которая позволила значительно уменьшить габариты и. соответственно, стоимость оборудования;

3. доступность выполнения различных стандартов для создания конструкций, работающих в составе отдельного выключателя или компактных устройств на одной подстанции;

4. способность устранять последствия быстро возрастающего восстанавливающегося напряжения;

5. возможность формирования базового модуля для работы с напряжениями до 145 киловольт и выше.

Отличительная черта конструкции - способность разрывать электрическую цепь за 5 миллисекунд, что практически невозможно выполнять силовыми устройствами других конструкций.

Гибридное устройство выключателя отмечено в числе десяти лучших разработок за год по версии технологического обзора МТИ (Массачусетского технологического института).

Подобными исследованиями занимаются и другие производители электротехнического оборудования. Они тоже добились определенных результатов. Но компания АВВ опережает их в этом вопросе. Ее руководство считает, что при передаче электроэнергии переменного тока происходят ее большие потери. Их значительно можно снизить, используя цепи высоковольтного постоянного напряжения.

При этом долгое время коробка автомат устанавливалась на автомобили среднего класса и премиального сегмента, однако в дальнейшем агрегат стал массовым.

Благодаря огромной популярности, а также с учетом постоянного ужесточения норм и стандартов касательно топливной экономичности и экологичности, производители постоянно совершенствуют автоматическую трансмиссию, предлагают инновационные решения и т.д.

В результате сегодня можно выделить, как минимум, три основных типа «автоматов», которые сильно отличаются друг от друга по конструкции и принципам работы, однако каждый из них называется АКПП. Далее мы поговорим о том, какие бывают автоматические коробки, а также какие особенности имеет тот или иной агрегат.

Если говорить о преимуществах, гидроавтомат имеет достаточно большой ресурс (в отдельных случаях до 500 тыс. км.), а также обеспечивает неплохой уровень комфорта при езде.

Что касается основных недостатков, такая коробка дорогая в ремонте, требует регулярного обслуживания, требовательна к качеству трансмиссионного масла, боится длительных нагрузок и тяжелых условий эксплуатации, не отличается высокой экономичностью, . Еще отметим, что потери в ГДТ приводят к тому, что КПД гидромеханических автоматов снижается по сравнению с аналогами. В результате страдает разгонная динамика.

• (вариаторная трансмиссия CVT) является отдельной разновидностью автоматов, которая по ряду причин не так широко распространена, как гидромеханический автомат.

Такая трансмиссия, как и АКПП, имеет гидротрансформатор для передачи крутящего момента от ДВС, однако сама коробка сильно отличается. Если коротко, имеются два шкива, установленные на валах вариатора. Указанные шкивы соединены между собой ремнем или цепью. В зависимости от нагрузки и скорости, ведущий и ведомый шкив изменяют свой диаметр, в результате чего крутящий момент на колесах также меняется. Причем происходит это предельно плавно.

С учетом того, что привычных фиксированных скоростей (ступеней) нет, благодаря такой особенности коробка вариатор CVT называется бесступенчатой трансмиссией (гибкое изменение передаточного отношения). Данный тип автоматов отличается от аналогов максимальной плавностью хода, так как смены передачи фактически не происходит. Обороты двигателя также удерживаются на одном уровне, без резкого увеличения и спада.

Как и в случае с АКПП, могут быть реализованы допрежимы (зимний, экономичный, спортивный, а также Типтроник с имитацией ручного переключения передач). При езде на авто с вариатором водители отмечают полное отсутствие ощутимых толчков, вибраций и т.п. Также следует выделить неплохую разгонную динамику и топливную экономичность.

Однако есть и минусы. Прежде всего, не отличается большим ресурсом, крайне сложен и дорог в ремонте, требователен к качеству и уровню масла. Это значит, что такую коробку не устанавливают в паре с мощными двигателями, в процессе эксплуатации трансмиссию крайне не рекомендуется нагружать.

• (коробка робот или АКПП робот) является еще одним видом автоматических трансмиссий, который по целому ряду причин стал действительно массовым около 20 лет назад.

Примечательно то, что данный агрегат разработан давно и фактически является механической коробкой передач с одним сцеплением, в которой при этом автоматизировано управление работой сцепления, а также выбора и включения/выключения нужной передачи.

Простыми словами, АКПП робот является автоматизированной (роботизированной) механикой. Такая коробка отличается низкой стоимостью производства (что заметно снижает стоимость всей машины), позволяет добиться значительной экономии топлива (по аналогии с механикой), а также динамичного разгона.

Если рассматривать недостатки, тогда, прежде всего, следует выделить заметное снижение комфорта по сравнению с АКПП и вариаторами. Простыми словами, сцепление остается точно таким же, как и на МКПП, при этом робот не всегда своевременно, быстро и точно подбирает нужную передачу, не может плавно управлять сцеплением и т.д.

В результате в момент переключений ощущаются толчки, рывки и т.д., робот затягивает переключений передач, не всегда точно подбирает передачи в соответствии с постоянно меняющимися условиями во время движения.

Также исполнительные механизмы (сервомеханизмы, актуаторы) на роботизированных коробках РКПП быстро выходят из строя, качественный ремонт часто является невозможным, то есть нужна полная замена. При этом важно понимать, что подобные механизмы стоят достаточно дорого.

• (например, DSG или Powershift) можно считать более технологичным и совершенным вариантом обычной коробки – робот. При этом агрегаты данного типа лишены многих недостатков своих предшественников.

С одной стороны, конструкция осталась похожей на механику, однако инженеры условно разместили сразу две такие механические коробки в одном корпусе. Одна коробка имеет четные передачи, другая нечетные, также для каждой предусмотрено отдельное сцепление.

Если коротко, пока автомобиль движется, например, на одной передаче, следующая за ней уже также выбрана и включена, однако не задействована, так как сцепление выключено. В момент переключения передачи работающее сцепление быстро отключается, затем моментально подключается второе. Смена передачи происходит так быстро, что водитель этого почти не ощущает.

При этом управление таким роботом больше напоминает схему управления АКПП (имеется гидроблок под названием Мехатроник, необходимо большее количество трансмиссионного масла и т.д.). Одновременно с этим также присутствует большое количество сервомеханизмов (по аналогии с однодисковым роботом, который имеет одно сцепление).

Из плюсов можно выделить высокую топливную экономичность и отличную динамику разгона, высокий уровень комфорта, а также лучшую способность коробки справляться с высокими нагрузками по сравнению с АКПП и вариаторами.

При этом преселективная коробка сложная и дорогая в производстве, имеет заметно меньший ресурс, на практике раньше требует вмешательства, чем АКПП или вариатор. Что касается ремонта, роботы данного типа нуждаются исключительно в квалифицированном обслуживании, зачастую также требуются наборы дорогостоящего спецоборудования для проведения многих процедур (например, ).

Как отличить робот от автомата или вариатора

Дело в том, что производители стремятся максимально упростить весь процесс взаимодействия водителя с коробкой. По этой причине, например, робот может иметь такой же селектор и режимы (P-R-N-D), как вариатор или АКПП.

Что касается ощущений при езде (при условии, что трансмиссия и сам автомобиль полностью в исправном состоянии), можно обратить внимание на следующее:

• AT — зачастую обозначает гидромеханический автомат;
• CVT — вариаторная коробка передач;
• AMT- роботизированная коробка с одним сцеплением;

Также можно задать вопрос на профильных автофорумах, отдельно изучить техническую литературу и т.д.

Подведем итоги

Как видно, каждая коробка автомат имеет как сильные, так и слабые стороны. Также с учетом разнообразия можно столкнуться с тем, что сразу определить, какая именно АКПП стоит на том или ином автомобиле, бывает затруднительно.

Напоследок отметим, что в процессе эксплуатации важно отдельно учитывать те или иные особенности конкретного автомата в зависимости от типа трансмиссии и вида АКПП. Также нужно строго соблюдать правила обслуживания автоматической коробки передач, что позволяет увеличить ресурс агрегата.

Читайте также