Автоматичні вимикачі

У разі виникнення небезпечного режиму автоматичний вимикач розмикає свої контакти, відключаючи ділянку мережі з підвищеним споживанням струму, тим самим рятуючи електропроводку від пошкодження.

Автоматичний вимикач захисту лінії, його ще називають «автоматом захисту», був винайдений американським ученим Чарлзом Графтоном Пейджем у 1836 р.

Першу конструкцію автоматичного вимикача описав Томас Едісон у 1879 р., а запатентована вона була в 1924 р.

Кожна трансформаторна підстанція, повітряна лінія, кабельна лінія і розподільні внутрішньобудинкові мережі, кожен електроприймач має апарати захисту, що забезпечують їх безперебійну і надійну роботу. Нині у світі є величезний вибір таких апаратів. Їх можна підібрати за типом, за способом підключення, за параметрами захисту. Велика група апаратів захисту електроус- таткування й електричних мереж включає в себе такі апарати, як: плавкі вставки (запобіжники), автоматичні вимикачі, різноманітні реле (струмові, теплові, напруги і т. п.). Великий вклад у розвиток цього напрямку внесли знамениті вчені-винахідники в галузі електротехніки – Нікола Тесла, а також один з творців радянської школи електротехніки, академік Клавдій Іполитович Шенфер.

Зовні автоматичний вимикач виглядає як короб із пластику. Передня панель оснащується рукояткою для вмикання і вимикання устаткування. Задня панель оснащена спеціальним фіксатором для закріплення вимикача, а верхні і нижні кришки оснащуються клемами особливої форми. На рис. 8.5 зобра- жено загальний вигляд одного із видів автоматичних вимикачів.

Конструктивні особливості автоматичних вимикачів залежать від сфери застосування і завдань, покладених на пристрій. Запуск і вимикання обладнання може відбуватися в ручному режимі або за допомогою електромагнітного чи електродвигунного приводу.

Ручна схема вимикання присутня в захисних пристроях, які розраховані на силу струму, що не перевищує 1000 А.

Схеми електродвигунних і електромагнітних елементів живлення від електричного струму оснащені захистом від довільного повторного запуску. Процес вмикання пристрою повинен зупинятися за умови підвищення або зниження напруги в ділянці ланцюга від 85 до 110 % від нормальної.

Під час перевантаження мережі або короткого замикання припинення роботи автомата відбувається незалежно від положення рукоятки, що відповідає за запуск/вимикання обладнання.

Розглянемо, як влаштований і працює автоматичний вимикач. На рис. 8.6 подано зображення складових автоматичного вимикача.

Автоматичний вимикач складається з: корпусу 1; важелів, з’єднаних із кнопками або прапорцями вмикання та вимикання (замикання і розмикання контактів) 2; клем для підключення струмопровідних жил 3; силових контактів 4, 5; дугогасної камери 8; теплового роз’єднувача 6; електромагнітного роз’єднувача 7; затискача 9 для кріплення на динрейку. До одних клем (зазвичай верхніх, але на практиці немає особливого значення) підключають живлення, до клем на протилежній стороні – навантаження. Струм проходить через силові контакти, котушку електромагнітного роз’єднувача і теплового роз’єднувача. Електромагнітний захист виконаний у вигляді котушки з мідного проводу, що намотаний на каркасі, всередині якого міститься рухоме осер- дя. У котушці від кількох до кількох десятків витків, залежно від її номінального струму. При цьому чим менший номінальний струм, тим більше витків і менший переріз проводу котушки.

При протіканні струму через котушку навколо неї утворюється магнітне поле, яке діє на рухоме осердя. У результаті цього осердя висувається, штовхає важіль і силові контакти розмикаються. Важіль знаходиться нижче котушки, і коли її осердя опускається – механізм приводиться в дію.

Тепловий захист спрацьовує при тривалому перевищенні сили струму. Він являє собою біметалеву пластину, яка при нагріванні згинається. При досягненні критичного стану вона штовхає важіль і контакти роз’єднуються.

Дугогасна камера потрібна для гасіння дуги, яка виникає внаслідок розмикання ланцюга під навантаженням. Процес дугоутворення залежить від характеру навантаження і його величини. При відключенні індуктивного навантаження (може бути електродвигун) виникають сильні дуги, значно більші, ніж при комутації активного навантаження. Гази, які утворюються в результаті її горіння, відводяться через спеціальний канал, що в рази підвищує термін служби силових контактів.

Виникнення перевантаження мережі означає, що сила струму в певній ділянці перевищила максимальне значення для цього захисного електрообладнання. Занадто сильний струм, який проходить по тепловому вузлу, деформує його. Залежно від різниці діючої сили струму і звичайного значення деформація досягає певного рівня, результатом якої може стати відмикання автомата.

На рис. 8.7 зображено тепловий роз’єднувач. Відмінною рисою цього захисного механізму є те, що він спрацьовує набагато повільніше, ніж електромагнітний. Тепловий роз’єднувач деякий час здатний витримувати максимальне навантаження, і якщо воно не знизиться до робочого значення, то відключить контакти. До речі, цей механізм ніяк не реагує на короткочасну зміну сили струму.

Конструкція роз’єднувача складається з:

• біметалевої пластини;
• важеля механізму, що розщеплює;
• контактів

 

При нормальному значенні сили струму вільна частина пластини знаходиться поруч із важелем, що відключає механізм. При збільшенні навантаження пластина почне нагріватися і згинатися. При цьому вона починає впливати на важіль, а той, у свою чергу, діє на контакти і розмикає їх. Час до відключення безпосередньо залежить від надмірної сили струму в закритій ділянці і може становити як кілька секунд, так і годину. Подібна затримка необхідна, щоб автомат не спрацьовував постійно при невеликих або нетривалих стрибках сили струму в певній ділянці мережі. Такі стрибки відбуваються під час вмикання електрообладнання з високими стартовими струмами.

Сила струму, при якій спрацьовує термічний елемент у захисному електрообладнанні, виставляється за допомогою регулювальної деталі ще на заводівиробнику. Як правило, це значення має перевищувати нормальне число в 1,1–1,5 разу.

Слід зауважити, що в приміщеннях з високою температурою автомат може працювати некоректно, оскільки термічний елемент може деформуватися швидше, ніж потрібно. А в приміщеннях із низькою температурою автомат спрацює пізніше необхідного часу.

Перевантаження електричної мережі виникає в разі підключення великої кількості приладів, загальна потужність споживання яких перевищує нормальну. Включення декількох потужних електроприладів, швидше за все, призведе до спрацювання термічного елемента.

Якщо таке сталося, перед увімкненням автомата треба визначитися з тим, які прилади слід відімкнути, зробити це і трохи почекати. Цей час необхідний, щоб термічний елемент у захисному електрообладнанні охолонув і перейшов у початкове положення.

На сьогодні найбільш поширені автоматичні вимикачі типів АП50Б, АЕ10, АЕ20, АЕ20М, ВА04-36, ВА-47, ВА-51, ВА-201, ВА88 та ін. Автоматичні вимикачі АП50Б випускають на номінальні струми до 63 А, АЕ20, АЕ20М – до 160 А, ВА-47 та ВА-201 – до 100 А, ВА04-36 – до 400 А, ВА88 – до 1600 А.