Электрический автомат

Электрический автомат – это некорректное обиходное обозначение защитных устройств для цепей низкого напряжения. Как правило, подразумеваются однофазные сети 220 В. Желающие могут также ознакомиться с разделом про Автоматические выключатели.

Автоматы защиты

Некорректно к этому типу приборов применять термин электрический автомат. Более строга в этом плане отечественная литература времён СССР. Например, подобные изделия могли именовать автоматическими воздушными выключателями. И в каждом слове здесь имеется смысл:

  1. Автоматические – работают без участия человека, но с возможностью вмешательства последнего.
  2. Воздушные – прибор не является герметичным, не заполнен какой-либо средой.
  3. Выключатели – устройство для прерывания цепи.

Не является новостью и то, что каждый автомат внутри содержит два типа расцепителей: тепловой и электромагнитный. Диапазон токов срабатывания обычно задаётся на заводе, но главное и не это – устройства могут реагировать не только на объем протекающего в единицу времени заряда. Кроме упомянутых существуют автоматы, срабатывающие на:

  • минимальный порог тока;
  • возникновение обратного тока;
  • минимальный или максимальный порог напряжения;
  • скорость нарастания или убывания тока.
Защитный автомат

Защитный автомат

Аппараты, действующие сразу по нескольким критериям, называются универсальными и могут заменить собой целую группу приборов. Критичным является время срабатывания, которое складывается из нескольких компонентов. Когда ток повышается до некоторого предела по закону экспоненты за считаные доли секунды. Это является первым слагаемым формулы, а вторым – время действия самого механизма расцепителя, именуемое собственным. Наконец, дуга не гаснет сразу. И это является третьим слагаемым в формуле общего времени срабатывания. Защитные автоматы с временем срабатывания менее 0,01 с принято называть быстродействующими.

Согласно концепции адекватности автомат защиты должен позволять настроить хотя бы два параметра. Например, время срабатывания и величину тока. Все необходимые операции выполняются на заводе, а корпус, как правило, не разборный, и в процессе эксплуатации изменения параметров не предусматривает. Но есть классы автоматов защиты по группам значений. Так например, широко известно, что пороговый ток срабатывания В ниже, нежели у С и измеряется пропорционально номинальному. Бесполезно здесь приводить полную классификацию, потому что конкретные цифры зависят от производителя и меняются в достаточно широких пределах. В каталогах, как правило, приводятся время-токовые, где явно указываются и пороги, и задержки срабатывания.

Контакты автоматов защиты

После срабатывания, то есть нештатной ситуации, прибор должен быть способен возвратиться к нормальному режиму функционирования. В связи с чем вводят такой параметр, как максимальный ток расцепления. Это гигантское число, недостижимое в бытовой реальности, показывающее некий предел, ниже которого сам автомат защиты останется целым, не сгорит и не расплавится. В связи с этим наблюдаются и некоторые конструктивные особенности:

Конструкция защитного устройства

Конструкция защитного устройства

  1. Для номинальных токов ниже 200 А токонесущая часть состоит из обычных одинарных контактов. Сюда уложится даже обладатель небольшого поместья: потребляемая мощность приборов составит 44 кВт. Но вот для административного здания этого уже может быть маловато, если вспомнить, что существуют электрические котлы на 100 и более кВт.
  2. Перекатывающиеся контакты имеют Г или Т-образную форму со скруглённой вершиной. За счёт этого в момент замыкания и размыкания дуга возникает и гаснет на боковине. А рабочая площадь, используемая в штатном режиме, этими разрушительными процессами не затрагивается. В результате срок службы изделия намного повышается.
  3. Типовым решением сбережения поверхности рабочей поверхности от подгорания является применение дугогасительных контактов. В этом случае цепь разрывается в два этапа. Сначала выходят из взаимодействия друг с другом главные контакты. Как только этот процесс завершён, начинается образование разряда. Но дуга горит между защитными контактами, и именно там образуется нагар. Рабочая поверхность никоим образом не страдает.
  4. Торцевые контакты несимметричные. Один из них имеет вид трубы, а второй напоминает гриб, шляпка которого подпружинена и может покачиваться для лучшего соприкосновение обеих поверхностей. В результате нивелируются износ и несоосность. Кроме того увеличивается площадь самого контакта.
Читайте также:  Выпрямитель напряжения

От площади контактов почти не зависит их сопротивление, но сильно изменяются условия работы. В частности, массивные поверхности позволяют пропустить больший ток. Наиболее широко в качестве проводящих материалов используются медь и её сплавы. Для снижения уровня окислительных процессов применяются лужение оловом и защитные серебряные прокладки. Время от времени применяются алюминий и сталь. Они защищаются от коррозии, соответственно, слоем цинка и кадмия. Но самыми прочными являются вольфрамовые контакты, допускающие нагрев до высоких температур.

Контакты на автомате защиты

Контакты на автомате защиты

Тем, где необходима высокая точность, но значительные токи отсутствуют, используют серебро, платину и никель. Плёнка AgO быстро покрывает металл, но обладает столь же замечательно электропроводностью. Что касается платины, то она не окисляется вовсе.

В момент размыкания и замыкания контактов возникают вибрации вызванные сильными изменения электромагнитного поля. Многочисленные скачки тока вызывают неоднородное искрение. Вибрации заставляют контакты соударяться и приводят в негодность рабочую поверхность, являясь одним из ограничивающих факторов срока службы автомата защиты.

Методы гашения дуги

В различных источниках говорится, что для гашения дуги в защитном автомате применяется специальная камера. Она режет поток ионизированного воздуха, срывая процесс горения. Но этот способ не единственный. В промышленности существует ряд других методов, которые могут быть использованы и для автоматов защиты. Ошибочным было бы считать, что дуга характерна для высоковольтных цепей. Источники утверждают, что ионизация наблюдается уже при 15 – 30 В, если по цепи течёт ток хотя бы 100 мА. Характерной особенностью процесса является участие в нем зарядов обоих знаков, образующихся из молекул воздуха.

Однако положительные ионы намного менее подвижны. Так что львиная доля тока приходится на перенос электронов. Положительные ионы подходят к катоду и помогают эмиссии с его поверхности отрицательных носителей. Падая на электрод, они также отдают ему свою энергию. Так что катод может нагреваться до высоких температур (до 5000 С). Это в свою очередь опять же усиливает исход электронов. Таким образом, положительные ионы способствуют сразу двум схожим процессам:

  1. Автоэлектронная эмиссия под действием наружного по отношению к катоду положительного поля.
  2. Термоэлектронная эмиссия.
Гашение дуги

Гашение дуги

Быстро движущиеся электроны не только являются носителями тока, но и осуществляют ударную ионизацию молекул воздуха. Обратный процесс выражен намного слабее и называется рекомбинацией. В процессе горения дуги особенно опасен участок отрицательного сопротивления: когда при снижении внешнего напряжения ток возрастает. На гашение влияют помимо вольт-амперной характеристики и параметры цепи потребителя. Большое индуктивное сопротивление провоцирует возникновение обратной ЭДС.

Основным методом гашения дуги является увеличение её длины, что закономерно понижает напряжённость поля в искровом промежутке. В низковольтных цепях с этим особых проблем не возникает, но у промышленных потребителей критическое расстояние между электродами может быть настолько велико, что обычные методики в корне не годятся для решения поставленной задачи. Вот здесь и применяются дугогасительные устройства. Указанная выше методика в этом случае может быть дополнена ещё несколькими:

  1. Снижение температуры промежутка за счёт принудительного продува воздуха или газа. Фактически это срыв пламени. Время от времени можно встретить конструкции, где плазма выдувается струёй сжатого воздуха. Нехитрая конструкция, учитывая, что баллончики с разнообразными газами сегодня продаются на каждом шагу.
  2. Деление дуги на ряд более коротких. Именно это имелось в виду при упоминании отечественных письменных источников. В этом случае образуется последовательная цепь из дуг, напряжения которых складываются. Причём сумма превышает исходное значение. В результате для них может и не выполниться условие горения, потому что приложенной к автомату защиты разницы потенциалов не хватит на поддержание процесса.
Читайте также:  Электрический щит

Промышленные автоматы защиты часто заполняются маслом. В этом случае горение дуги не только упреждается охлаждающим действием среды, но и блокируется активно выделяющимся в этих условиях водородом. Без кислорода взрыва не происходит. Методика применяется только в цепях переменного тока.

На практике методики обычно комбинируются для усиления эффекта тушения дуги.

Контакты с защитными рогами

Срыв пламени происходит быстрее при резком увеличении длины дуги. Казалось бы, это невозможно сделать, но если горизонтальные контакты соприкасаются торцами, и от границы разбегаются буквой V два рожка, то ситуация выглядит следующим образом:

  1. Горение дуги при размыкании контактов подогревает окружающий воздух.
  2. Поток начинает подниматься вверх, увлекая ионизированный газ на рожки.
  3. Расходящиеся поверхности по мере роста высоты все дальше друг от друга.
  4. Наступает момент, когда условия горения дуги нарушаются.

Мало того, что в значительной мере сберегается поверхность контактов (а рожки можно поменять), так ещё и устройство защитного автомата выходит максимально простым. Играет свою роль здесь и взаимодействие дуги с магнитным полем контактора, которое стремится вытолкнуть её наружу. Что является дополнительным ускоряющим фактором. Для усиления эффекта в конструкцию могут включать специальную дугогасительную катушку, магнитное поле которой намного сильнее, нежели у обычного проводника. В результате и срыв пламени протекает быстрее.

Дугогасителные камеры

Этот метод гашения дуги особенно часто используется в бытовых автоматах защиты. Суть сводится к тому, что пламя выталкивается в изрезанную лабиринтами металлическую конструкцию, где плазма отдаёт свою температуру и в результате гаснет. Как и в предыдущем случае, движущей силой может служить поле специальной катушки. Лабиринт иной раз бывает весьма причудливой формы, потому что изгиб дуги является дополнительным фактором гашения.

Иногда конструкция дополняется деионной решёткой. Это набора стальных пластин, изолированных друг от друга диэлектриком. Принцип действия основан на этом факте, что полное напряжение дуги складывается из двух компонентов:

  1. Разность потенциалов столба плазмы.
  2. Падение напряжения на электродах.

При делении дуги на ряд последовательных первый параметр складывается по всем столбам и остаётся без изменений. А вот второй увеличивается во столько раз, на сколько частей произошло разбиение. В результате приложенного к защитному автомату напряжения уже не хватает для поддержания горения дуги. Особенностью деионной решётки является её эффективность как для постоянного, так и переменного тока. Но в последнем случае число пластин удаётся значительно сократить.

Следует говорить правильно

Понятие электрический автомат на сегодняшний день не определено ни одним из ГОСТ. Не существует и сколько-нибудь похожих терминов. Вместо этого следует применять устоявшееся словосочетание автоматический выключатель, устройство защитного отключения или, в крайнем случае, автомат защиты. Все это – близкие по смыслу, но не идентичные вещи. В этом случае нет опасности возникновения каких-либо недоразумений и недопонимания: требуется ли возможность реагирования на дифференциальный ток, например.