Автоматические выключатели. Типы, характеристики, расчет автоматического выключателя.

Автоматические выключатели совсем не похожи на обычные, которые устанавливаются в каждой комнате для включения и выключения света (рис. 1). Их задача несколько другая. Автоматические выключатели устанавливаются в распределительных щитах и служат для предохранения цепи от скачков напряжения и непериодического отключения энергии на определенных участках электросети.



Рис. 1. Автоматический выключатель

Автоматы, как их чаще называют, устанавливаются на входе в дом или квартиру и располагаются в специальных боксах, металлических или пластиковых (рис. 2).



Рис. 2. Распределительный щит с автоматами

Существует множество разновидностей автоматических выключателей. Некоторые из них служат лишь в качестве выключателей цепи и предохранения сети от перегрузки. Таковы, например, старые автоматические выключатели типа АЕ в черном карболитовом корпусе (рис. 3).






Рис. 3. Автоматический выключатель серии АЕ

В большинстве старых щитков в подъездах жилых домов стоят именно такие. Впрочем, они вполне надежны и эксплуатируются до сих пор.
Современные вариации допускают дополнительные функции, например защиту от токов пониженной нагрузки.

По времени срабатывания на недопустимое напряжение автоматы делятся на 3 вида: селективные, нормальные и быстродействующие. Время срабатывания нормального автомата колеблется от 0,02 до 0,1 с. В селективных автоматических выключателях это время такое же. Быстродействующие автоматические выключатели работают проворнее — у них данная величина составляет всего 0,005 с.

Все автоматические выключатели заключены в пластиковый небьющийся корпус со специальным креплением (планкой или рейкой) на задней плоскости. Устанавливать автомат на такое крепление очень легко — достаточно вставить его на рейку до щелчка. Снять можно при помощи отвертки, слегка потянув за специальное ушко сверху автоматического выключателя. Это существенно облегчает задачу по установке автомата в шкафу (рис. 4).



Рис. 4. Крепление автоматического выключателя

Внутри корпуса располагается «начинка» автомата, его главные предохранительные устройства, которых может быть 2 (рис. 5).



Рис. 5. Внутреннее устройство автоматического выключателя

Речь идет об электромагнитном и тепловом расцепителях — своеобразных механизмах автоматического прерывания цепи. Биметаллическая пластина при нагревании проходящим через нее током недопустимо высокого значения распрямляется и размыкает контакты — это тепловой расцепитель. По времени срабатывания он самый медленный.

Электромагнитный расцепитель работает по правилу «мертвой руки». Катушка, находящаяся в центре автомата, непрерывно поддерживается на месте стабильным напряжением. Стоит ему выскочить за номинальные пределы, как катушка буквально выскакивает со своего места, разрывая цепь. Такой способ разрыва цепи самый быстрый.



У всех автоматических выключателей есть контакты для присоединения подходящих и отходящих проводов (рис. 6).



Рис. 6. Провода подсоединяются к контактам автоматического выключателя при помощи винтовых зажимов

Автоматы различают по степени чувствительности к срабатыванию отключения. В стандартных наиболее распространенных моделях чаще всего применяются автоматические выключатели с пороговым значением, примерно равным 140 % от номинального. При повышении напряжения в полтора раза срабатывает электромагнитный (быстрый) расцепитель. При незначительном превышении номинального напряжения работает тепловой расцепитель. Процесс отключения при этом может растянуться на часы, что сильно зависит от температуры внешней среды. Однако автомат среагирует на изменение напряжения в любом случае.

Автоматические выключатели различают по количеству полюсов. Что это значит? В одном автомате может быть несколько независимых друг от друга электрических линий, которые соединены между собой общим механизмом отключения (рис. 7 и 8). Автоматы бывают одно-, двух-, трех- и четырехполюсными (это касается бытового применения).



Рис. 7. Двухполюсный автомат в пластиковом боксе в выключенном состоянии



Рис. 8. Трехполюсный выключатель: все линии срабатывают одновременно при отключении, они соединены вместе при помощи одной перемычки рычага

У автоматического выключателя есть различия по другим показателям. Они отличаются по пороговой силе тока, которую пропускают через себя. Чтобы автомат мог сработать и в аварийной ситуации отключить электросеть, он должен быть настроен на определенный порог чувствительности. Такую настройку производит изготовитель, поэтому на автомате сразу пишут числовое значение данного порога. Для бытовых нужд используют автоматы с показателями 6,3, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 100 и 160 А (рис. 9). Есть автоматы со значениями и 1000, и 2600 А, но в быту они не используются. Эти цифры означают суммарную мощность всех потребителей электрического тока, которые будут подключаться к цепи, «охраняемой» автоматом.
Чувствительность автомата необходимо рассчитывать не только по суммарной мощности предполагаемых энергопотребителей, но и проводке, и электромонтажным изделиям — розеткам и выключателям.
В таблице 1 представлена типология автоматов. 


Таблица 1. Типы автоматов

Тип	Назначение
A	Дляразмыкания цепей с большой протяженностью электропроводки и защитыполупроводниковых устройств
B	Дляосветительных сетей общего назначения
C	Дляосветительных цепей и электроустановок с умеренными пусковыми токами(двигателей и трансформаторов)
D	Дляцепей с активно-индуктивной нагрузкой, а также защиты электродвигателейс большими пусковыми токами
K	Для индуктивных нагрузок
Z	Дляэлектронных устройств

Далее рассмотрим соответствие сечения кабеля и автомата, защищающего этот проводник, при помощи табл. 2 и 3. Также предложим расчет автоматического выключателя.

Таблица 2. Двухжильный проложенный в коробе медный кабель

Сечение,мм2	Максимальная длительная сила тока кабеля, А	Сила тока кабеля/1,45, А	Автомат, А	Превышение силы тока, %
1,5	19	13,1	13	-
2,5	27	18,62	16	-
4	38	26,2	25	-
6	50	34,48	32	-
10	70	48,27	40(50)	3,5
16	90	62,06	50(63)	1,5

Таблица 3. Двухжильный проложенный в коробе медный провод

Сечение,мм2	Максимальная длительная сила тока кабеля, А	Сила тока кабеля/1,45, А	Автомат, А	Превышение силы тока, %
1	15	10,34	10	-
1,5	18	12,41	10(13)	4,7
2	23	15,86	13(16)	0,87
2,5	25	17,24	16	-
4	32	22,06	20	-
6	40	27,58	25	-
10	48	33,1	32	-
16	55	37,93	32(40)	5,4

Максимальный длительный ток кабеля принят для температуры жил +65 и воздуха +25 °C. Количество одновременно прокладываемых проводников — до 4. Ряд автоматов: 0,5 A, 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 6 A, 10 A, 13 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 50 A и 63 A. Данные табл. 3 подходят и для трехжильного кабеля. В этом случае третья жила должна быть проводом защитного заземления или зануления.



Рис. 9. Ряд из однополюсных автоматов на 16 А. Допустим, за отдельный участок в квартире, например кухню, у нас отвечает один автомат на 6,3 А (бывает и такое — электрики пошутили). По известной формуле Ватт = Вольт х Ампер вычисляем, сколько приборов (и каких) может питаться от нашей сети. Получается, что это значение равно 1386 Вт, поскольку напряжение по умолчанию 220 В. Значит, на такой кухне нельзя включить даже мощный чайник, не говоря уже о холодильнике или электроплите — автомат сработает мгновенно и не даст недопустимому, на его взгляд, току проходить на подконтрольную территорию. В данном случае надо срочно менять автоматический выключатель на 25 или даже 32 А.