Автоматический выключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для защиты линии от сверхтоков, которые возникают при коротких замыканиях и перегрузках. Без них невозможно реализовать надёжную и безопасную работу электропроводки — это основной аппарат в сфере распределения электроэнергии. И сегодня мы рассмотрим устройство и принцип работы автоматических выключателей.
Устройство
Для начала разберёмся из чего состоит автоматический выключатель. Чтобы его разобрать нужно извлечь заклёпки на боковых гранях, после этого разделить корпус на две половины.
Здесь мы видим основные элементы автоматического выключателя:
- Клеммы для подключения проводов.
- Силовые контакты. Неподвижный (а) и подвижный (б).
- Механизм взвода и расцепления.
- Рычаг управления.
- Электромагнитный расцепитель.
- Тепловой расцепитель.
- Дугогасительную камеру.
- Механизм крепления на дин-рейку.
Электрическая цепь автоматического выключателя устроена следующим образом: подвижный силовой контакт соединён с катушкой электромагнитного расцепителя, а второй конец катушки с тепловым расцепителем соединены очень гибким плетёным проводником с помощью сварки. Пластина электромагнитного расцепителя соединяется с нижней клеммой. К верхней клемме, как правило, подключают проводники от источника питания, а к нижней — от нагрузки.
Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку с сердечником, намотанную толстым проводом.
Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, которая изгибается при нагревании.
Механизм взвода и расцепления состоит из трёх рычагов, назовём их верхний, средний и нижний, они связаны с рычагом управления на лицевой панели. Давайте разберёмся, как они взаимодействуют друг с другом.
Верхний рычаг удерживается в исходном (отключённом) положении за счёт пружины (1 на рисунке ниже), расположенной под ним. Он приводит в движение подвижный силовой контакт (2), у которого есть своя мощная пружина. Силовые контакты замыкаются. Средний рычаг фиксирует подвижный контакт во включённом состоянии. Нижний рычаг фиксирует средний рычаг во включённом состоянии (3).
При срабатывании любой из расцепителей толкает нижний рычаг (4), в результате чего средний рычаг высвобождается из зацепления c нижним (5) и под действием пружин размыкаются контакты (6).
Кроме перечисленного в автоматическом выключателе есть дугогасительная камера. Из названия ясно, что она нужна для предотвращения горения и быстрого гашения электрической дуги. Она обычно возникает при размыкании цепи с высокой нагрузкой и индуктивностью (электродвигатели, трансформаторы, длинные кабельные линии).
Дугогасительная камера состоит из набора пластин с V -образным вырезом, закреплённых на изоляционном основании. Пластины электрически не связаны друг с другом. Принцип её действия состоит в том, что дуга, возникшая между контактами, под действием собственного магнитного поля удлиняется и попадает в дугогасительную камеру.
Плазма дуги, попадая на пластины, охлаждается и разбивается на несколько мелких дуг, горящих между пластинами решётки. В месте контакта дуги с каждой из пластин возникает падение напряжения, а её общее сопротивление увеличивается. В результате увеличения сопротивления и падения температуры снижается количество ионов, происходит рекомбинация носителей заряда и дуга гаснет.
Между прочим, дугогасительную камеру изобрёл в 1912 году Михаил Осипович Доливо-Добровольский — популяризатор электротехники, который изобрёл двигатель переменного тока и активно продвигал идею передачи энергии по трёхфазной системе.
Принцип работы
Теперь рассмотрим принцип работы. Автоматический выключатель проводит ток при нормальных режимах работы сети, а отключает цепь при аварийных режимах, когда протекают сверхтоки. Сверхтоком называется любой ток, который превышает номинальный, он может возникать в результате включения большого числа электрооборудования на этой линии или при коротких замыканиях.
В результате протекания сверхтоков греются токопроводящие жилы кабелей, оплавляется их изоляция, могут происходить дуговые пробои и возгорание. Чтобы этого избежать в автоматическом выключателе есть два расцепителя: тепловой и электромагнитный.
Тепловой расцепитель предназначен для размыкания цепи при перегрузках. Цепь размыкается не мгновенно, а с задержкой времени — чем сильнее перегрузка – тем быстрее он нагреется и сработает.
При протекании тока больше номинального, пластина нагревается, в результате чего биметалл изгибается, приводя в движение нижний рычаг механизма взвода и расцепления, в результате чего силовые контакты размыкаются. При нормальном режиме работы, когда ток в цепи в пределах номинального, пластина успевает отдавать тепло в окружающую среду, поэтому она не нагревается, не изгибается и выключатель продолжает проводить ток.
Электромагнитный расцепитель работает как реле тока. Он состоит из катушки и сердечника. Сердечник подпружинен и находится в верхнем положении, когда ток в цепи в пределах номинального или вовсе отсутствует. Когда через катушку протекает ток короткого замыкания, образуется сильное магнитное поле, и катушка втягивает сердечник.
При этом сердечник толкает нижний рычаг механизма, но с противоположной стороны. В результате рычаг отклоняется и освобождает из зацепления средний рычаг, после чего размыкаются силовые контакты.
Как отмечалось выше, при размыкании цепи возникает электрическая дуга. Чтобы не повредить аппарат, при гашении дуги нагретые газы с повышенным давлением выходят из отверстия в нижней части автоматического выключателя.
На этом закончим разговор об автоматических выключателях. Ставьте лайки и подписывайтесь на канал, если вам понравилась эта статья.