Оглавление:
Автоматический выключатель является важным элементом электросети. Он защищает схему и отдельные ее компоненты от сбоев и повреждений, которые могут возникнуть в результате коротких замыканий в монтаже или неправильной работы одного из ее компонентов. Такой выключатель имеет функцию, очень похожую на традиционные предохранители. Но в отличие от этих элементов (имеющих очень давнюю историю – первые предохранители были использованы уже в 19 веке), автоматический выключатель может быть сброшен (автоматически или вручную) для восстановления нормальной работы цепи.
Типы переключателей
Классический выключатель снабжен рычажком (переключателем), который можно установить в одно из двух состояний – включенное (схема проводит электричество) или выключенное (обрыв цепи, отсутствие тока). Переключение из выключенного состояния во включенное обычно возможно только путем ручного включения выключателя, хотя существуют и модели, оснащенные механизмами автоматики, применяемыми преимущественно в промышленных сетях. Схема отключается из-за обнаружения слишком высокого электрического тока, протекающего через измерительный элемент.
В зависимости от используемого механизма обнаружения автоматические выключатели можно разделить на три основные категории:
- магнитные переключатели,
- термовыключатели,
- термомагнитные.
Магнитные переключатели
Основным элементом магнитных автоматов является миниатюрный электромагнит, используемый для открытия и закрытия соединения между выводами. Упрощенная конструкция устройства такого типа представлена на рисунке.
Металлический (обычно железный) штифт, к которому крепятся штыри одного из выводов, размещается вблизи катушки (выполняющей роль электромагнита) таким образом, чтобы штырь мог свободно перемещаться вдоль своей продольной оси. Это движение вызывает замыкание и размыкание соединения между выводами схемы. Магнитная сила, необходимая для изменения положения штифта, может регулироваться пружиной.
Термические выключатели
В термовыключателях используется так называемый термобиметалл, прикрепленный к закрывающему механизму. Термобиметалл – упругий элемент, изготовленный путем соединения двух слоев металла с разными коэффициентами теплового расширения. Из-за изменения температуры этот элемент деформируется, позволяя размыкать электрическое соединение между клеммами выключателя. Термобиметалл может нагреваться непосредственно, протекающим через этот элемент током, или косвенно, за счет повышения температуры, вызванного протеканием тока через другие элементы, находящиеся в непосредственной близости от него.
Термовыключатели имеют некоторые серьезные ограничения. Размыкание цепи происходит не сразу после увеличения тока – как нагрев элемента до соответствующей температуры, так и соответствующая деформация термобиметалла требуют времени. Термовыключатель не может быть сброшен мгновенно – для этого необходимо предварительно охладить термобиметалл до соответствующей температуры, что также занимает некоторое время. По этим причинам термовыключатели используются в цепях не требующих очень быстрого времени срабатывания.
Термомагнитные выключатели оснащены как магнитным, так и термоизмерительным элементом. Благодаря такому сочетанию данные устройства способны очень быстро реагировать на короткие замыкания в схеме (с помощью магнитного элемента) и обнаруживать длительные перегрузки сети (тепловая).
Автовыключатели постоянного тока
Автоматические выключатели постоянного тока встречаются гораздо реже, чем их «переменные» аналоги, особенно в домашних сетях. Это связано с тем, что в большинстве электросетей преобладает переменное напряжение 220 В. Но с ростом популярности профессиональных и домашних фотоэлектрических сетей с солнечными батареями, растет потребность в использовании автоматических выключателей и на постоянный ток.
Основное различие между автоматическими выключателями постоянного и переменного тока заключается в разных требованиях, предъявляемых к этим устройствам по борьбе с явлением электрической дуги, возникающей при размыкании цепи. В случае постоянного, эта дуга гораздо более опасна, поскольку не самозатухает. Поэтому переключатель должен быть лучше адаптирован для подавления такого типа явлений. По этой причине автоматические выключатели переменного тока ни в коем случае не следует использовать в сетях постоянного.
Подавление электрической дуги
В случае сетей постоянного напряжения явление электрической дуги представляет собой значительную угрозу, поскольку из-за характера протекания тока она не гасится сама по себе. Поэтому из соображений безопасности выключатели постоянного тока оснащены механизмом переключения, который обеспечивает соответствующее пространственное разделение между клеммами, а также гарантирует достаточно короткое время отключения. Аналогичные опасности возникают и при замыкании — слишком медленное перемещение штифтов также может привести к разрядам.
В случае переменного тока, направление его меняется с частотой, равной удвоенной частоте сети. Это значит, что дважды за один период напряжение между клеммами выключателя достигнет нуля, что обычно приводит к самопроизвольному гашению электродуги.
Таким образом, автоматический выключатель – важный элемент электросети, защищающий цепь и ее отдельные элементы от воздействия короткого замыкания или перегрузки. Отключить цепь постоянного тока гораздо сложнее, чем переменного, из-за проблем, связанных с подавлением электрической дуги, возникающей между контактами. По этой причине автоматические выключатели постоянного тока оснащены дополнительными механизмами защиты.
