Электрический автомат

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

Автоматы защиты

Некорректно к указанному типу приборов применять термин электрический автомат. Строже в этом плане отечественная литература времён СССР. Подобные изделия именовали, к примеру, автоматическими воздушными выключателями. Смысл скрыт в каждом слове:

1. Автоматические – работают без участия человека, с возможностью вмешательства последнего.
2. Воздушные – прибор не герметичный, не заполнен средой.
3. Выключатели – устройство для прерывания цепи.

Любой автомат внутри содержит два типа расцепителей: тепловой и электромагнитный. Диапазон токов срабатывания задаётся на заводе, но главное – устройства реагируют на объем протекающего в единицу времени заряда и дополнительно срабатывают на:

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

Защитный автомат

Аппараты, действующие по ряду критериев, называются универсальными, заменяя группу приборов. Критичным считается время срабатывания, которое складывается из нескольких компонентов, когда ток повышается до конкретного предела по закону экспоненты за считаные доли секунды. Это становится первым слагаемым формулы, а вторым – время действия механизма расцепителя, именуемое собственным. Наконец, дуга не гаснет сразу, становясь третьим слагаемым в формуле общего времени срабатывания. Защитные автоматы с временем срабатывания менее 0,01 с принято называть быстродействующими.

Согласно концепции адекватности автомат защиты позволяет настроить минимум два параметра. К примеру, время срабатывания и величину тока. Необходимые операции выполняются на заводе, а корпус, как правило, не разборный, в процессе эксплуатации изменения параметров не предусматривает. Выделяют классы автоматов защиты по группам значений. К примеру, известно, что пороговый ток срабатывания В ниже, нежели у С, и измеряется пропорционально номинальному. Бесполезно здесь приводить полную классификацию, конкретные цифры зависят от производителя и меняются в широких пределах. В каталогах, как правило, приводятся время-токовые, где указываются пороги и задержки срабатывания.

Контакты автоматов защиты

После срабатывания, то есть нештатной ситуации, прибор способен возвратиться к нормальному режиму функционирования. Потому вводится параметр – максимальный ток расцепления. Это гигантское число, недостижимое в бытовой реальности, показывающее некий предел, ниже которого автомат защиты останется целым, не сгорит и не расплавится. Отмечаются конструктивные особенности:

Конструкция защитного устройства

1. Для номинальных токов ниже 200 А токонесущая часть состоит из одинарных контактов. Сюда уложится даже обладатель небольшого поместья: потребляемая мощность приборов составит 44 кВт. Для административного здания уже маловато, если вспомнить, что созданы электрические котлы на 100 и более кВт.
2. Перекатывающиеся контакты имеют Г или Т-образную форму со скруглённой вершиной. В момент замыкания и размыкания дуга возникает и гаснет на боковине. А рабочая площадь, используемая в штатном режиме, разрушительными процессами не затрагивается. В результате срок службы изделия намного повышается.
3. Типовым решением сбережения поверхности рабочей поверхности от подгорания становится применение дугогасительных контактов. Цепь разрывается в два этапа. Вначале выходят из взаимодействия друг с другом главные контакты. Когда процесс завершён, начинается образование разряда. Но дуга горит между защитными контактами, там образуется нагар. Рабочая поверхность не страдает.
4. Торцевые контакты несимметричные. Один имеет вид трубы, второй напоминает гриб, шляпка которого подпружинена и покачивается для лучшего соприкосновение обеих поверхностей. В результате нивелируются износ и несоосность. Вдобавок увеличивается площадь контакта.

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

Контакты на автомате защиты

Тем, где необходима высокая точность, но значительные токи отсутствуют, используют серебро, платину и никель. Плёнка AgO быстро покрывает металл характеризуясь замечательной электропроводностью. Платина 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. Причём способ не единственный. В промышленности применяют ряд других методов, используемых и для автоматов защиты. Ошибочно 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 становится участие в нем зарядов обоих знаков, образующихся из молекул воздуха. Однако положительные ионы намного менее подвижны. Львиная доля тока приходится на перенос электронов. Положительные ионы подходят к катоду и помогают эмиссии с его поверхности отрицательных носителей. Падая на электрод, отдают ему свою энергию. Катод нагревается до высоких температур (до 5000 С). Это усиливает исход электронов. Выходит, положительные ионы способствуют сразу двум схожим процессам:

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

Гашение дуги

Быстро движущиеся электроны становятся носителями тока, выполняя 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, параметры цепи потребителя. Большое индуктивное сопротивление провоцирует возникновение обратной ЭДС.

Основным методом гашения дуги становится увеличение её длины, что закономерно понижает напряжённость поля в искровом промежутке. В низковольтных цепях сложностей не возникает, но у промышленных потребителей критическое расстояние между электродами порой настолько велико, что обычные методики в корне не годятся для решения поставленной задачи. Здесь применяются дугогасительные устройства. Указанная выше методика дополняется способами:

1. Снижение температуры промежутка за счёт принудительного продува воздуха или газа. Фактически – срыв пламени. Возможно встретить конструкции, где плазма выдувается струёй сжатого воздуха. Нехитрая конструкция, учитывая, что баллончики с разнообразными газами сегодня продаются повсеместно.
2. Деление дуги на ряд коротких. Подразумевалось при упоминании российских письменных источников. В этом случае образуется последовательная цепь из дуг, напряжения которых складываются. Причём сумма превышает исходное значение. В результате не всегда выполняется условие горения, потому что приложенной к автомату защиты разницы потенциалов не хватит на поддержание процесса.

Промышленные автоматы защиты часто заполняются маслом. Тогда горение дуги упреждается охлаждающим действием среды, блокируется выделяющимся в этих условиях водородом. Без кислорода взрыва не происходит. Методика применяется исключительно 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. При кажущейся невозможности, если горизонтальные контакты соприкасаются торцами и от границы разбегаются буквой V два рожка, ситуация выглядит так:

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

В значительной мере сберегается поверхность контактов (рожки несложно поменять), вдобавок устройство защитного автомата выходит максимально простым. Играет роль здесь и взаимодействие дуги с магнитным полем контактора, стремящегося вытолкнуть её наружу, становясь дополнительным ускоряющим фактором. Для усиления эффекта в конструкцию включают специальную дугогасительную катушку, магнитное поле которой намного сильнее, нежели у обычного проводника. В результате срыв пламени протекает быстрее.

Дугогасителные камеры

Этот метод гашения дуги часто используется в бытовых автоматах защиты. Суть: пламя выталкивается в изрезанную лабиринтами металлическую конструкцию, где плазма отдаёт температуру и в результате гаснет. Как в предыдущем случае, движущей силой становится поле специальной катушки. Лабиринт иной раз принимает причудливые формы, потому что изгиб дуги становится дополнительным фактором гашения.

Иногда конструкция дополняется деионной решёткой. Это набор стальных пластин, изолированных друг от друга диэлектриком. Принцип действия основан на 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 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 считается её эффективность для постоянного и переменного тока. В последнем случае число пластин удаётся значительно сократить.

Следует говорить правильно

Понятие электрический автомат сегодня не определено ГОСТами. Не существует и похожих терминов. Вместо этого полагается применять устоявшееся словосочетание автоматический выключатель, устройство защитного отключения или 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, к примеру.