Устройство для проверки автоматических выключателей своими руками

Устройство для проверки автоматических выключателей своими руками

Сегодня вы узнаете как собрать простое устройство для прогрузки автоматов.

На разработку этого устройства, подтолкнул случай, при производстве ремонта на одном электрооборудовании, на котором, с разным интервалом времени срабатывал автоматический выключатель.

После проверки схемы оборудования и проведения всех замеров, неисправность так и не была выявлена, после чего возникло подозрение, что тепловой расцепитель автомата, не держит свой номинальный ток.

Но, к сожалению, сымитировать номинальный ток (16А), а тем более регулировать его, было нечем. Покупать профессиональное оборудование, для прогрузки автоматических выключателей для решения подобных задач — не имеет смысла.

Из этой статьи, вы узнаете как собрать простое, недорогое устройство для тестирования автоматических выключателей, с возможностью регулировки тока от 0 до 100А (при минимальном переходном сопротивлении). Устройство легко можно собрать в домашних условиях.

Данное устройство помогло протестировать автомат и выявить неисправность (неспособность теплового расцепителя держать свой номинальный ток)

Для сборки нам понадобится

1. Паяльный пистолет 220В/100Вт (Приобретался в магазине электротоваров. Ссылка на Али)
   
2. Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) (Приобретался в магазине электротоваров. Можно купить на АЛИ)
3. Медный провод не менее 4,0 мм2.
4. Токовые клещи (Ссылка на АЛИ, с возможностью также измерять и постоянный ток клещами)

Видео версия статьи

Сборка устройства

1. Снимаем жало с паяльника и припаиваем на его место два медных провода.
2. Фиксируем кнопку паяльника нажатой.
3. Подключаем розетку к ЛАТРу.
4. Собираем схему с автоматом и токовыми клещами.
5. Плавно поднимаем напряжение ЛАТРом на паяльнике тем самым увеличивая ток через автоматический выключатель.

Тестирование на максимальный ток

При замыкании выхода паяльника, замеры показали ток более 100 Ампер. К сожалению, это предел шкалы измерения для данных токовых клещей. Также максимальный ток сильно зависит от состояния контактов автомата, а точнее, от переходного сопротивления.

Замена ЛАТРа диммером

При отсутствии ЛАТРа, можно воспользоваться диммером. Только в этом случае измерить значение тока не удастся, так как синусоида, после диммера, сильно искажена. Но можно просто проверить способность автомата отрабатывать от теплового расцепителя.

Описание параметра "Тип встроенного расцепителя"

Тепловой расцепитель — обеспечивает защиту только от перегрузок по току.

Электромагнитный расцепитель — обеспечивает защиту только от коротких замыканий.

Термо-магнитный (магнитотермический, комбинированный) расцепитель — состоит из двух типов расцепителей — теплового и электромагнитного. Обеспечивает защиту как от перегрузки по току так и от коротких замыканий.

Термо-магнитный (магнитотермический, комбинированный) расцепитель, с защитой от токов утечек — кроме защиты от перегрузок и коротких замыканий обеспечивает защиту людей и электроустановок от замыкания на землю.

Электронный расцепитель (электронный блок защиты — Overcurrent Release) — (в зависимости от исполнения) обеспечивает максимальное количество типов защит.

Устройство расцепителей

Тепловой расцепитель

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, которая при нагревании изгибается и воздействует на механизм свободного расцепления. Биметаллическую пластину изготавливают методом механического соединения двух металлических лент. Выбираются два материала с разными коэффициентами температурного расширения и соединяются между собой с помощью спаивания, заклёпывания или свариваются.

• нет подвижных частей;
• стойкость к механическим нагрузкам (вибрации, удары);
• нетребовательность к загрязнениям;
• простота конструкции;
• низкая цена.

• высокое собственное потребление энергии;
• чувствительны к изменениям температуры окружающей среды;
• при нагреве от сторонних источников могут вызывать ложные срабатывания.

Электромагнитный расцепитель

Электромагнитный расцепитель является устройством мгновенного действия. Представляет собой соленоид, сердечник которого воздействует на механизм свободного расцепления. При протекании по обмотке соленоида сверхтока, создаётся магнитное поле, которое перемещает сердечник, с преодолением сопротивления возвратной пружины.

ЭМ расцепитель может настраиваться (на заводе производителе или потребителем) на срабатывание при токах КЗ значениями от 2 до 20 In. Погрешность настройки варьируется около ±20% от заданного значения силы тока для выключателей в литом корпусе.
Для силовых автоматических выключателей уставку срабатывания при коротком замыкании (значение тока, при котором инициируется расцепление) могут указывать как значением в амперах, так и в кратности номинальному току.
Встречаются уставки: 3,5In; 7In, 10In; 12In и другие.

• простота конструкции;
• стойкость к механическим нагрузкам (вибрации, удары).

• создаёт магнитное поле.

Термомагнитный расцепитель

Часто применяется последовательное соединение теплового и электромагнитного расцепителя. В зависимости от производителя, такое связывание двух устройств называют комбинированным или термомагнитным расцепителем.

Термомагнитный или комбинированный расцепитель

Термомагнитный расцепитель с защитой от токов утечек

Автомат с данными расцепителями кроме теплового и электромагнитного расцепителей имеет блок способный обнаружить ток повреждения на землю с помощью тороидального трансформатора, который охватывает все токоведущие части, а также нейтраль, если она распределена. Расцепители токов утечки на землю могут использоваться в сочетании с автоматическим выключателем для обеспечения двух основных функций в одном устройстве:

• защита от перегрузок и коротких замыканий;
• защита от косвенных прикосновений (появление напряжения) на токопроводящих частях вследствие повреждения изоляции).

Электронный расцепитель

Расцепитель, соединенный с измерительными трансформаторами тока (три или четыре, в зависимости от количества защищаемых проводников), которые установлены внутри автоматического выключателя и обеспечивают двойную функцию: подачи питания для нормального управления расцепителем и обнаружения значения тока, который проходит в токоведущих частях. Поэтому они совместимы только с сетями переменного тока.

Сигнал от трансформаторов обрабатывается электронной частью (микропроцессор), который сравнивает его с заданными уставками. Когда сигнал превышает порог, расцепитель автоматического выключателя воздействует непосредственно на узел свободного расцепления выключателя при помощи отключающей катушки.

Блок управления расцепителем позволяет выстраивать определённую пользователем программу, по которой автоматический выключатель будет производить расцепление главных контактов.

Лекция № — Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Автоматический выключатель (автомат) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической сети от сверхтоков, т.е. от коротких замыканий и перегрузок.

Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.

Автоматические выключатели бывают с электромагнитным расцепителем защищающим электрическую цепь от короткого замыкания и комбинированным расцепителем — когда дополнительно с электромагнитным расцепителем применяется тепловой расцепитель защищающий цепь от перегрузки.

Примечание: В соответствии с требованиями ПУЭ бытовые электросети должны быть защищены как от коротких замыканий, так и от перегрузки, поэтому для защиты домашней электропроводки следует применять автоматы именно с комбинированным расцепителем.

Автоматические выключатели делятся на однополюсные (применяются в однофазных сетях), двухполюсные (применяются в однофазных и двухфазных сетях) и трехполюсные (применяются в трехфазных сетях), так же бывают четырехполюсные автоматические выключатели (могут применяться в трехфазных сетях с системой заземления TN-S).

Автоматический выключатель предназначен для защиты кабелей и проводов подключенной к нему линии, а также электроприборов от короткого замыкания и перегрузки.

Устройство автоматического выключателя

В конструкцию автоматического выключателя входит:

1.Корпус автоматического выключателя.
Он изготовлен из ПХВ пластика пониженного горения. Имеет специальные крепления для монтажа

2.Рычаг управления.
Рычаг управления предназначен для включения- отключения автоматического выключателя, а следовательно участка цепи, на котором он установлен.

3.Клеммы для подключения питающего провода и провода отходящего на участок цепи.

4.Силовые контакты.

5.Механизм взвода и расцепления.
Взаимосвязан с рычагом управления.

6.Электромагнитный расцепитель.
Он обеспечивает защиту от короткого замыкания (представлен в виде электромагнита с подвижным сердечником, который работает как толкатель и срабатывает при токах короткого замыкания.

7.Тепловой расцепитель.
Обеспечивает защиту от перенагрузки цепи, которую защищает автомат. ( Представляет собой биметаллическую пластину, которая при заданных токах изгибается и приводит в действие механизм расцепителя.

8.Дугогасительная камера.
Благодаря ей происходит гашение дуги, которая образуется при размыкании контактов. Здесь же имеется канал для отвода газов.

9.Регулировочный винт теплового расцепителя.
Он обеспечивает регулировку тока срабатывания теплового расцепителя.

Принцип работы автоматического выключателя

При включении рычага управления происходит взвод механизма , а также коммутация контактов.

Ток протекает от питающего провода, который подключен к зажиму автомата. Далее к неподвижному контакту, через подвижный контакт, катушку электромагнита (соленоида), биметаллическую пластину и через нижний винтовой зажим на нагрузку.

Если возникло короткое замыкание за выключение нагрузки отвечает электромагнитный расцепитель. При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает. Ток,протекающий через катушку расцепителя естественно тоже возрастает. В катушке возникает сильное магнитное поле, приводящее в движение якорь, который надавливает на рычаг спускового механизма, что приводит к его срабатыванию и отключению нагрузки.

Следует отметить, что электромагнитное поле возникает мгновенно, поэтому автомат успевает отключиться до появления нежелательных последствий.

Во время размыкания контактов возможно возникновение дугового разряда. Дуга направлена в сторону дугогасительной камеры. При попадании в камеру дуга разделяется, завлекается внутрь её и затухает.

Продукты горения дуги и избыточное давление сбрасываются через специальное отверстие в корпусе автомата.

Тепловой расцепитель отвечает за защиту от перегрузки . При превышении тока свыше номинального происходит нагрев биметаллической пластины. Она начинает изгибаться и надавливает своим кончиком на рычаг спускового механизма. Так происходит отключение автомата.

В отличие от электромагнитного расцепителя тепловой расцепитель более медлителен и не способен срабатывать за долю секунды.

Маркировка и характеристики автоматических выключателей.

ВА47-29 — тип и серия автоматического выключателя

Номинальный ток — максимальный ток электрической сети при котором автоматический выключатель способен длительно работать без аварийного отключения цепи.

Номинальное напряжение — максимальное напряжение сети на которое рассчитан автоматический выключатель.

ПКС — предельная отключающая способность автоматического выключателя. Данная цифра показывает максимальный ток короткого замыкания который способен отключить данный автоматический выключатель сохранив при этом свою работоспособность.

В нашем случае ПКС указан 4500 А (Ампер), это значит что при токе короткого замыкания (к.з.) меньшем, либо равном 4500 А автоматический выключатель способен разомкнуть электрическую и остаться в исправном состоянии, в случае если ток к.з. превысит данную цифру возникает возможность оплавления подвижных контактов автомата и их привариванию друг к другу.

Характеристика срабатывания — определяет диапазон срабатывания защиты автоматического выключателя а так же время за которое это срабатывание происходит.

Например в нашем случае представлен автомат с характеристикой «C» его диапазон срабатывания от 5·I_н до 10·I_н включительно. (I_н— номинальный ток автомата), т.е. от 5*32=160А до 10*32+320, это значит что наш автомат обеспечит мгновенное отключение цепи уже при токах 160 — 320 А.

4. Выбор автоматического выключателя

Выбор автомата осуществляется по следующим критериям:

— По количеству полюсов: одно- и двухполюсные применяются для однофазной сети, трех- и четырехполюсные — в трехфазной сети.

— По номинальному напряжению: Номинальное напряжение автоматического выключателя должно быть больше либо равно номинальному напряжению защищаемой им цепи:

U_{ном. АВ}⩾ U_{ном. сети}

— По номинальному току: Определить необходимый номинальный ток автоматического выключателя можно одним из четырех следующих способов:

1. С помощью нашего калькулятора расчета автомата по мощности.
2. С помощью нашего калькулятора расчета автомата по сечению кабеля.
3. С помощью следующей таблицы:

1. Рассчитать самостоятельно по следующей методике:

Номинальный ток автоматического выключателя должен быть больше либо равен расчетному току защищаемой им цепи, т.е. тому току на который рассчитана данная электрическая сеть:

I_{ном. АВ}⩾ I_{расч. сети}

Расчетный ток электрической сети (I_{расч. сети}) можно определить с помощью нашего онлайн калькулятора, либо рассчитать его самостоятельно по формуле:

I_{расч. сети}=P_сети/(U_сети*K)

где: P_сети — мощность сети, Ватт; U_сети — напряжение сети (220В или 380В); K — коэффициент (Для однофазной сети: K=1; Для трехфазной сети: K=1,73).

Мощность сети определяется как сумма мощностей всех электроприемников в доме:

P_сети=(P₁+ P₂…+ P_n)*К_с

где: P₁, P₂, P_n — мощности отдельных электроприемников; К_с — коэффициент спроса (К_с=от 0,65 до 0,8) в случае если в сеть подключается всего 1 электроприемник или группа электроприемников которые включаются в сеть одновременно К_с=1.

В качестве мощности сети так же можно принять максимальную разрешенную к использованию мощность, например из технических условий, проекта или договора электроснабжения при их наличии.

После расчета тока электросети принимаем ближайшее большее стандартное значение номинального тока автомата : 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А и т.д.

ПРИМЕЧАНИЕ: Кроме описанного выше способа существует возможность упрощенного расчета автоматического выключателя, для этого необходимо:

1. Определить мощность сети в килоВаттах (1 килоВатт=1000Ватт) по формуле приведенной выше:

2. Определить ток сети умножив рассчитанную мощность сети на коэффициент перевода (К_п) равный: 1,52 -для сети 380 Вольт или 4,55 — для сети 220 Вольт:

I_сети=P_сети*К_п, Ампер

3. На этом все. Теперь как и в предыдущем случае полученное значение тока сети округляем до ближайшего большего стандартного значения номинального тока автомата.

И в завершении выбираем характеристику срабатывания (см. таблицу характеристик выше). Например если нам нужно поставить автомат для защиты электропроводки всего дома выбираем характеристику «C», если электроосвещение и розеточная группа разделены на два разных автомата, то для освещения можно установить автомат с характеристикой «B», а на розетки — с характеристикой «C», если необходим автомат для защиты электродвигателя — выбираем характеристику «D».

Приведем пример расчета: Имеется дом в котором есть следующие токоприемники:

• Стиральная машина мощностью 800 Ватт (Вт) (что равно 0,8кВт)
• Микроволновая печь — 1200Вт
• Электродуховка — 1500 Вт
• Холодильник — 300 Вт
• Компьютер — 400 Вт
• Электрочайник — 1200Вт
• Телевизор — 250Вт
• Электроосвещение — 360 Вт

Напряжение сети: 220 Вольт

Коэффициент спроса примем равным 0,8

Тогда мощность сети будет равна:

Переводим P_сети из Ватт в килоВатты, для этого полученное значение мощности делим на 1000:

Определяем ток сети по упрощенной схеме с помощью коэффициента перевода:

Округляем полученное значение тока до ближайшего большего стандартного значения номинального тока автомата. Выбираем автоматический выключатель с номинальным током 25 Ампер и характеристикой «C».

Токи автоматических выключателей

Защита

Автоматический выключатель (АВ), являясь устройством защиты от различных электрических токов в цепи, обладает характеристиками, которые описывают параметры токовой защиты. Такими характеристиками являются токи, протекающие через автоматический выключатель, а именно, ток предельной коммутационной способности автомата, номинальный ток автоматического выключателя, который вместе с кривой отключения определяет ток срабатывания электромагнитного расцепителя автомата и ток срабатывания теплового расцепителя АВ. Описание указанных токов автоматических выключателей указывается на передней панели прибора и является обязательной частью маркировки электрического автомата.

Номинальный ток автоматического выключателя

Номинальный ток автоматического выключателя указывается на передней, доступной и хорошо видной при эксплуатации, части автомата. Обозначение номинального тока автоматического выключателя производится числом, обычно следующим за латинской буквой, обозначающей время-токовую характеристику автомата. Число, обозначающее номинальный ток автоматического выключателя обозначает, что автомат предназначен для защиты электропроводки, рабочий ток которой больше или равен номинальному току автоматического выключателя.

Ток теплового расцепителя автоматического выключателя

Номинальный ток автомата является параметром определяющим ток срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя. До тех пор, пока ток, протекающий в проводке и через защищающий ее автомат меньше, чем номинал автомата, ничего не происходит, однако, при превышении значения протекающего тока над значением номинального тока автомата, произойдет отключение автомата. Скорость срабатывания автоматического выключателя, то есть время, через которое автомат разомкнет силовой контакт, разорвет цепь и отключит напряжение, зависит от времени протекания превышенного тока и характеристической кривой автоматического выключателя. Например, для автомата С16, номинальный ток которого равен 16А, а характеристическая кривая соответствует графику C, отключение автомата при токе в проводке равному 32 ампера, произойдет в период времени от 18 секунд до 150 секунд, а трехкратное превышение номинала, то есть протекающий ток равен 48 Амп., автоматический выключатель выключится в диапазоне времени от 4 до 50 секунд, а десятикратное превышение номинального тока для автоматического выключателя C16 приведет к его отключению за время меньшее 10 секунд. Для каждого значения тока можно рассчитать время отключения теплового расцепителя используя график время-токовой характеристики рассматриваемого автомата.

Ток электромагнитного расцепителя автомата

Ток, протекающий через электромагнитный расцепитель автоматического выключателя приводит к выключению автомата при быстром и значительном превышении над номинальным током автоматического выключателя, что обычно происходит при коротком замыкании в защищаемой проводке. Короткому замыканию соответствует очень быстро нарастающий высокий ток, что и учитывает устройство электромагнитного расцепителя, позволяющего практически мнгновенно воздействовать на механизм расцепления автоматического выключателя при быстром возрастании тока, протекающего по катушке соленоида расцепителя. Скорость срабатывания электромагнитного расцепителя составляет менее 0,05 секунд.

Предельный ток автоматического выключателя

Предельным током автоматического выключателя называется максимальный электрический ток, который может быть отключен автоматическим выключателем. Предельный ток автоматического выключателя так же называется ПКС и указывается в маркировке на передней поверхности. Маркировка предельного тока автоматического выключателя может указываться в амперах, обозначаясь как 3000, 4500, 6000 или 10000, при этом, цифра предельного тока автоматического выключателя указывается в прямоугольнике, без указания размерности.

В связи с отсутствием размерности, цифра в прямоугольнике иногда воспринимается неверно и трактуется как например: допустимое количество включений и выключений автомата, гарантированное количество срабатываний и другие неверные варианты.

Предельный ток автоматического выключателя определяет применение такого автомата в зависимости от максимально возможного тока короткого замыкания, который может возникнуть в защищаемой электропроводке. Для большинства бытовых электроустановок вполне достаточно ПКС 4500 Ампер, так как состояние бытовых электросетей не позволяет току короткого замыканяи превысить значение в 3000 — 4000 ампер, однако в некоторых случаях коротких замыканий, через автоматический выключатель может протекать ток, превышающий 4500 ампер. В случае применения 4,5kA автомата, при таком превышении тока, автоматический выключатель не сможет отключить питание, так как контактная группа, под действием столь высокого тока перегреется и сварится — пригорит. Механической силы, запасенной в механизме расцепления не хватит для того что бы оторвать сварившиеся контакты друг от друга и автомат не выключит питание, поддерживая ток КЗ, что приведет, в лучшем случае к расплавлению и порче проводки, а в худшем — пожару.