Как устроен защитный автомат

В предыдущей статье мы разобрались с характеристиками автоматических выключателей, а сейчас полезем глубже. Я вскрою парочку автоматов и мы заглянем внутрь – что у них “под капотом”?

Без долгих вступлений, приступаем.

 

Конструкция автоматического выключателя

Вид спереди

Автоматические выключатели в стандартном модульном исполнении, шириной 17,5 мм:

По поводу надписей на передней панели и что они означают – я подробно рассказал по ссылке в начале статьи.

Удобство, которое уже стало обязательным – окошко на передней панели, через которое видно индикаторный флажок.

Когда автомат выключен, он зеленый (безопасно), когда включен – красный.

Левая сторона

Что мы тут видим? Круглая заглушка вверху слева – под ней находится отверстие для дополнительного сигнального или блокировочного контакта.

Я снял заглушку и сделал фото в выключенном и включенном состояниях. Металл внутри – это часть подвижного (верхнего) контакта:

Без таких доп.контактов иногда бывает трудно обойтись. Я сам недавно ставил их на автоматы, через которые идет питание на вентиляторы охлаждения тормозов раскатов материала. Когда вдруг в работе автомат выключался, то узнать об этом можно было только тогда, когда запахнет жареным. А с сигнальным контактом информация теперь сразу идет на контроллер и индикацию аварии.

TAM14B06-1 – это артикул товара, в котором зашифровано краткое описание:

• TAM – название модельного ряда,
• 1 – количество полюсов,
• 4 – обозначение серии ВА47-29,
• В – тип время-токовой характеристики срабатывания расцепителей,
• 06 – номинальный ток теплового расцепителя (6А),
• 1 – видимо, версия.

Далее, первые три цифры на штрих-коде (468), означает, что страна-изготовитель – Россия. Видимо, тут некоторое допущение – Россия это родина бренда TEXENERGO и официальное местонахождение поставщика (Московская область, деревня Черная Грязь)

Также присутствует стандартная картинка, говорящая о том, что оптимальная длина оголенной части провода – 12,5 мм.

Правая сторона

С другой стороны – также отверстие для сигнального контакта, и более информативная картинка:

Если снять заглушку с этого окошка, станет видно рычаг (коромысло), который приводит в действие механизм размыкания контактов.

Сам рычаг приводится в действие тепловым и электромагнитным расцепителями, я покажу это всё позже, на вскрытом устройстве. На этот рычаг также может действовать внешний расцепитель. Например – электронный.

Указано, что максимальное сечение для этого автомата – 16 мм². На сайте TEXENERGO указано сечение 25 мм². Думаю, и то и другое значение неверно – это экономически не выгодно, и технически нецелесообразно. Для данного номинала и серии на практике 6 квадратов хватит с головой.

Защелка для монтажа на ДИН-рейку сделана удобно – она легко фиксируется в открытом состоянии перед монтажом, и так же легко защелкивает автомат на ДИН-рейке.

Для примера – двухполюсный автомат:

Обратите внимание, с трех сторон автомата можно узнать его номинальный ток и характеристику расцепителя. Кроме информативности, это ещё добавляет проблем нечистым на руку “умельцам”, которые делают автоматы “повышенной мощности”, перепечатывая ток на лицевой панели на меньший номинал. Такие автоматы пользуются спросом в сфере нелегального потребления электроэнергии.

Напоследок – про схему автомата, которая указана на верхней его части:

На схеме видно вверху вниз:

• верхняя клемма, обозначена цифрой 1,
• верхний неподвижный контакт с гашением дуги,
• нижний (подвижный) контакт,
• электромагнитная защита (прямоугольник),
• тепловая защита (дуга)
• нижняя клемма, цифра 2.

К слову, на сайте TEXENERGO указана схема с другим расположением защит:

В принципе это неважно. Но если пойти на принцип, когда вскроем автомат, увидим, что сначала идет электромагнитный, а потом – тепловой расцепитель. Как на корпусе автомата.

Забегая вперед, вот части электромагнитного и теплового расцепителя, по которым проходит ток:

Сверху вниз: подвижный контакт, катушка электромагнитного расцепителя, биметаллическая пластина теплового расцепителя, нижняя клемма.

Как устроен защитный автомат изнутри

Я сделал фото, на котором подписал составные части конструкции автоматического выключателя и их назначение, по часовой стрелке:

Как обычно, фото можно приблизить.

• 1.Верхний (неподвижный) контакт. На этом контакте постоянно присутствует напряжение, которое подается через верхнюю клемму 15.
• 2. Нижний (подвижный) контакт. Этот контакт при включении поднимается вверх, и замыкается с неподвижным. Причина, по которой в ПУЭ 3.1.6 и 4.1.9 сказано, что питание “должно, как правило”, подаваться на верхний, неподвижный контакт. Ведь если подавать питание наоборот, при поломке под действием силы тяжести возможны негативные последствия. Можно, конечно, подавать питание и на нижний контакт – всё будет прекрасно работать. Но так же можно ездить по левой полосе дороги)
• 3. Направляющая пластина дуги. Дуга возникает при размыкании контактами большого тока, такова физика. Чтобы как-то “приручить” дугу (фактически, это пламя большой мощности), неподвижный контакт продлевают металлической направляющей, по которой “стелется” дуга.
• 4. Дугогасительная камера. Дуга при попадании в эту камеру разбивается на части и теряет свою энергию.
• 5. Рычаг механизма размыкания. (Точки действия теплового и ЭМ расцепителей). Когда автомат включен, поворот рычага по часовой стрелке на несколько градусов приводит к тому, что рычаг выходит из зацепления с рычагом фиксатора механизма размыкания 12.
• 6. Пути прохода продуктов горения дуги.
• 7. Нижняя клемма. Это выходная клемма, к ней подключается нагрузка.
• 8. Винт регулировки теплового расцепителя. Об это подробно ниже.
• 9. Пластина теплового расцепителя. Это та самая пластина, которая является частью теплового расцепителя. Платина изгибается при прохождении через не тока. Она своим краем, на который приварен гибкий поводок, нажимает на рычаг механизма размыкания 5. На пластинке выбита цифра “6”. Очевидно, это номинальный ток теплового расцепителя In.
• 10. Ручка для включения/выключения. Этим единственным органом управления можно включить или выключить автомат вручную. Когда срабатывает любой из расцепителей, контакты размыкаются, ручка щёлкает в положение “выключено”.
• 11. Катушка электромагнитного расцепителя. Через эту катушку проходит ток нагрузки, со всеми электротехническими последствиями.
• 12. Рычаг фиксатора механизма размыкания. Эта деталька является посредником между рычагом 5 и подвижным контактом 2. При срабатывании любого из расцепителей она выходит из зацепления с рычагом 5, и действует подобно входу “RESET” триггера.
• 13. Гибкий поводок между подвижным контактом и катушкой ЭМ расцепителя. На самом деле, есть 2 гибких поводка на обоих выводах катушки. Оба они идут на подвижные детали устройства.
• 14. Сердечник катушки ЭМ расцепителя. Именно этот сердечник своим нижним концом воздействует при соответствующем сверхтоке на рычаг 5.
• 15. Верхняя клемма. Сюда прикручивается провод, который подает напряжение от источника питания. Его ещё называют “острый конец”.

 

На этом фото показан выключенный автомат TEXENERGO B6, а вот фото во включенном состоянии:

Сделать это фото было непросто – ведь оси рычагов болтаются, поскольку не фиксированы правой стенкой корпуса. И рычаги всё время норовили расцепиться)

Не правда ли, предохранитель устроен гораздо проще автомата?

 

Устройство двухполюсного автоматического выключателя

Настал черед разборки двухполюсного автомата TEXENERGO С40. Когда-то я думал, что двухполюсный автомат устроен как два однополюсных, но с объединенными ручками управления. Сейчас я покажу, что это не так.

Вскрываем автомат, смотрим, какие отличия от автомата В6:

Сразу видно, что катушка электромагнитного расцепителя намотана более толстым проводом, и наощупь подпружинена более мощной пружиной. По идее, на ней где-то должна быть выбита надпись “40”, но я не нашёл.

А вот на пластине теплового расцепителя эта надпись есть:

Контакты одинаковы что в В6, что в С40. Ведь у них одна базовая модель на 63А.

Какие ещё отличия я заметил? В районе замыкания контактов в версии стоит пластиковая пластина, в версии С40 между этой пластиной и стенкой корпуса дополнительно установлена металлическая пластинка.

Снимаем правую часть автомата, и видим между половинками рычаг “тяни-толкай”:

Общий держатель ручек управления тоже нужен, но он работает как подстраховка, и при ручном выключении.

Это особенно важно, когда выключается линия питания до (или после) счетчика, и при этом на вводе стоит двухполюсный автомат. Если будет два однополюсных (или две “пробки”), можно выключить только ноль, и полезть мокрой тряпкой протирать потухшую люстру…

Подробно писал об этом в статье про то, чем отличается обрыв нуля в трехфазной и однофазной сетях.

Напоследок – масштаб разборки:

 

Испытания автоматического выключателя

Регулировка теплового расцепителя

Есть ещё один регулятор, о котором мало кто знает, но он есть во всех современных автоматах:

Этот регулятор в некоторых пределах влияет на номинальный ток теплового расцепителя и располагается над клеммой нижнего контакта. Регулировку можно проводить шестигранным ключом на 1,5:

Делать это рекомендую в очень крайних и обоснованных случаях. Особенно, учитывая, что этот регулятор находится под напряжением, когда автомат включен! Правда, как выяснилось, регулировать можно только тогда, когда силовой контакт ослаблен – иначе отверстие регулировки закрывается верхней частью клеммы.

Как понятно по смыслу, при откручивании винта тепловой ток In увеличивается, при закручивании – уменьшается. Я провел исследования на автомате TEXENERGO В6, в результате которых можно понять, как влияет этот винт на тепловой расцепитель. Получилась такая ПРИМЕРНАЯ табличка:

Пояснения к таблице. Я подключил через автомат ВА47-29 В6 активную нагрузку порядка 25 Ом (нагреватель 2 кВт). Напряжение под нагрузкой плавало 215-220 В, поэтому можно допустить, что рабочий ток был около 1,45 In, то есть равным Отключающему току теплового расцепителя.

Так удачно совпало.

Если регулировочный винт не трогать, время-токовая характеристика будет “легальной”, то есть для данного автомата соответствовать информации производителя, и отключение при токе 1,45 In должно происходить за время менее часа.

Если открутить винт на пол оборота (-180 °) против часовой (“синяя” зона), время отключения немного увеличится, а значит номинальный ток тоже. Я рассчитал коэффициент по “легальному” графику ВТХ, он получился 1,1. Если крутить дальше, то изменений практически нет, винт уже перестает касаться пластины, и даже будет болтаться и может через время выпасть.

Тут разработчик конструкции автомата сделал правильно, в целях безопасности. Иначе, вдруг кому-то придёт в голову великолепная идея сделать из автомата 25 А автомат 40 А? При тех же сечениях провода.

Если закручивать в “красную” область, то там простора для регулировки гораздо больше. Например, после поворота на пол оборота по часовой автомат на 6 А превращается в автомат с In = 6 х 0,55 = 3,3 А. И так далее. Однако, после полного оборота назад дороги нет – пластина изгибается (нет запаса упругости), и обратно не возвращается.

Я сделал небольшой коллаж, на котором видно движение пластины теплового расцепителя и его воздействие на рычаг размыкания:

Проверка время-токовой характеристики

По плану проверка теплового расцепителя должна проходить в следующих точках:

• 1,13 In (время отключения при токе 1,13 от номинала)
• 1,45 In,
• 2,55 In,

Проверка электромагнитного расцепителя:

• в нижней части диапазона,
• в верхней части.

В данный момент у меня нет доступа к прибору для прогрузки, проведу испытания позже.

А вот как проводил такие испытания мой коллега Дмитрий. Рекомендую его видео, смотрел как захватывающий сериал)

Испытания током 1,13 In

Испытания током 1,45 In

Испытания током 2,55 In и электромагнитной защиты

Скачать

Для тех, кто интересуется темой глубже и основательней, выкладываю ГОСТ, в котором подробно расписаны все характеристики и терминология касательно автоматических выключателей.

В данный момент ГОСТ Р 50345-99 (МЭК 60898-95) (Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения) не действует, вместо него введен ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003) (Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Автоматические выключатели для переменного тока). Его и выкладываю для скачивания:

• ГОСТ Р 50345-2010 / ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003) Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Автоматические выключатели для переменного тока. Настоящий стандарт распространяется на воздушные автоматические выключатели (далее - выключатели) для переменного тока для работы при частоте 50 или 60 Гц на номинальное напряжение (между фазами) не более 440 В, номинальный ток не более 125 А и номинальную отключающую способность не более 25000 А., pdf, 1.89 MB, скачан: 2144 раз./

• Харечко В.Н., Харечко Ю.В. Автоматические выключатели модульного исполнения / Харечко В.Н., Харечко Ю.В. Автоматические выключатели модульного исполнения: Справочное пособие. В справочном пособии изложены требования ГОСТ Р 50345-99 (МЭК 60898-95) к автоматическим выключателям бытового назначения, предназначенным для защиты от сверхтока, рассмотрена конструкция автоматических выключателей, даны характеристики и приведена их классификация. Разбираются ошибки, которые частично исправлены в новой версии ГОСТ Р 50345-2010, pdf, 7.17 MB, скачан: 2491 раз./

 

Жду вопросов и критики в комментариях!