Виды автоматических выключателей

Обозначения и маркировка

Защитные устройства обладают техническими параметрами, нанесенными на лицевой панели прибора.

Кроме типа автомата на нем указываются:

• номинальное напряжение – определяется производителем;
• самая высокая величина тока, посредством которой автомат сохраняет работоспособность;
• номинальный ток расцепителя – при увеличении тока в электросети определенный период времени не будет происходить срабатывание автомата;
• период времени, в течение которого произойдет отключение;
• предельный ток срабатывания – это показатель тока короткого замыкания, при котором прибор сохраняет свою работоспособность.

Кроме этого изготовитель данного устройства определяет величину по току срабатывания. Если показатель превышает такое значение, происходит моментальное обесточивание цепи. Также указывается завод – изготовитель, который произвел данный прибор.

Особенности подбора автоматов

Некоторые люди думают, что самый надежный автоматический выключатель – это тот, который может выдерживать наибольший ток, а значит, именно он может обеспечить максимальную защиту цепи. Исходя из этой логики, к любой сети можно подключать автомат воздушного типа, и все проблемы будут решены. Однако это совсем не так.

Ошибки в подборе АВ чреваты неприятными последствиями. Если подсоединить к обычной бытовой цепи защитный аппарат, рассчитанный на высокую мощность, то он не будет обесточивать цепь, даже когда величина тока значительно превысит ту, которую может выдержать кабель. Изоляционный слой нагреется, затем начнет плавиться, но отключения не произойдет. Дело в том, что сила тока, разрушительная для кабеля, не превысит номинал АВ, и устройство «посчитает», что аварийной ситуации не было. Лишь когда расплавленная изоляция вызовет короткое замыкание, автомат отключится, но к тому времени может уже начаться пожар.

Приведем таблицу, в которой указаны номиналы автоматов для различных электросетей.

Если же устройство будет рассчитано на меньшую мощность, чем та, которую может выдержать линия и которой обладают подключенные приборы, цепь не сможет нормально работать. При включении аппаратуры АВ будет постоянно выбивать, а в конечном итоге под воздействием больших токов он выйдет из строя из-за «залипших» контактов.

Наглядно про типы автоматических выключателей на видео:

Несколько советов по выбору автомата

• При выборе стоит ориентироваться не на электроприборы, а на проводку, так как именно её будут защищать автоматические выключатели. Если она старая, то рекомендуется заменить её, чтобы можно было использовать наиболее оптимальный вариант автомата.
• Для таких помещений, как гараж, или на время проведения ремонтных работ стоит выбрать автомат с номинальным током побольше, так как различные станки или сварочные аппараты имеют довольно большие показатели силы тока.
• Имеет смысл комплектовать весь набор защитных механизмов от одного и того же производителя. Это поможет избежать несоответствия номинальных токов между приборами.
• Приобретать автоматы лучше в специализированных магазинах. Так можно избежать покупки некачественной подделки, которая может привести к плачевным последствиям.

Из чего состоит автомат?

Обычный автомат состоит из следующих элементов:

• Ручка взвода. С помощью неё можно произвести включение автомата после его срабатывания или же отключить, чтобы обесточить цепь.
• Механизм включения.
• Контакты. Обеспечивают соединение и разрыв цепи.
• Клеммы. Подключаются к защищаемой сети.
• Механизм, срабатывающий по условию. Например, биметаллическая тепловая пластина.
• Во многих моделях может присутствовать регулировочный винт, для корректировки номинального значения силы тока.
• Дугогасительный механизм. Присутствует на каждом из полюсов прибора. Представляет собой небольшую камеру, в которой размещены омедненные пластины. На них дуга гасится и сходит на нет.

Время-токовая характеристика (ВТХ)

При помощи такого графического отображения можно получить наглядное представление, при каких условиях будет активирован механизм отключения питания цепи (см. рис. 2). На графике, в качестве вертикальной шкалы отображается время, необходимое для активации АВ. Горизонтальная шкала показывает соотношение I/In.

Рис. 2. Графическое отображение время токовых характеристик наиболее распространенных типов автоматов

Допустимое превышение штатного тока, определяет тип время-токовых характеристик для расцепителей в приборах, производящих автоматическое выключение. В соответствии с действующими нормативом (ГОСТ P 50345-99), каждому виду присваивается определенное обозначение (из латинских литер). Допустимое превышение определяется коэффициентом k=I/In, для каждого вида предусмотрены установленные стандартом значения (см. рис.3):

• «А» – максимум – троекратное превышение;
• «В» – от 3 до 5;
• «С» – в 5-10 раз больше штатного;
• «D» – 10-20 кратное превышение;
• «К» – от 8 до 14;
• «Z» – в 2-4 больше штатного.

Рисунок 3. Основные параметры активации для различных типов Заметим, что данный график полностью описывает условия активации соленоида и термоэлемента (см. рис.4).

Отображение на графике зон работы соленоида и термоэлемента

Перечень типовых время-токовых характеристик.

Определившись с маркировкой, перейдем к рассмотрению различных типов приборов, отвечающих определенному классу в зависимости от характеристик.

Таблица время токовых характеристик автоматических выключателей

Данный тип устанавливаются в цепях не подверженных кратковременным перегрузкам. В качестве примера можно привести схемы на полупроводниковых элементах, при выходе из строя которых, превышение тока незначительное. В быту такой тип не используется.

Характеристика «B»

Отличие данного вида от предыдущего заключается в токе срабатывания, он может превышать штатный от трех до пяти раз. При этом механизм соленоида гарантированно активируется при пятикратной нагрузке (время обесточивания – 0,015 сек.), термоэлемент – трехкратной (на отключение понадобиться не более 4-5 сек.).

Такие виды устройств нашли применение в сетях, для которых не характерны высокие пусковые токи, например, цепи освещения.

S201 производства компании ABB с время-токовой характеристикой B

Характеристика «C»

Это наиболее распространенный тип, его допустимая перегрузка выше, чем у двух предыдущих видов. При пятикратном превышении штатного режима срабатывает термоэлемент, это схема, отключающая электропитание в течение полутора секунд. Механизм соленоида активируется, когда перегрузка превысит норму в десять раз.

Данные АВ рассчитаны на защиту электроцепи, в которой может возникнуть умеренный пусковой ток, что характерно для бытовой сети, для которой характерна смешанная нагрузка. Покупая устройство для дома, рекомендуется остановить свой выбор на этом виде.

Трехполюсный автомат Legrand

Характеристика «D»

Применяются такие приспособления в цепях с большими пусковыми токами. Например, для защиты пусковых устройств асинхронных электродвигателей. На рисунке 9 показано два прибора этой группы (a и b).

Рисунок 9. а) ВА51-35; b) BA57-35; c) BA88-35

Характеристика «K»

У таких АВ активация механизма соленоида возможна при превышении токовой нагрузки в 8 раз, и гарантированно произойдет, когда будет двенадцати кратная перегрузка штатного режима (восемнадцати кратное для постоянного напряжения). Время отключения нагрузки не более 0,02 сек. Что касается термоэлемента, то его активация возможна при превышении 1,05 от штатного режима.

Характеристика «Z»

Данный тип отличается небольшим допустимым превышением штатного тока, минимальная граница – двух кратная от штатной, максимальная – четырех кратная. Параметры срабатывания термоэлемента, такие же, как и у АВ с характеристикой К.

Этот подвид применяется для подключения электронных приборов.

Характеристика «MA»

Отличительная особенность этой группы – не используется термоэлемент для отключения нагрузки. То есть прибор предохраняет только от КЗ, этого вполне достаточно, чтобы подключить электрический двигатель. На рисунке 9 показано такое приспособление (с).

Количество полюсов

Как уже было сказано, автомат защиты сети имеет полюса – от одного до четырех.

Подобрать для цепи устройство по их числу совсем несложно, достаточно лишь знать, где используются различные типы АВ:

• Однополюсники устанавливают для защиты линий, в которые включены розетки и осветительные приборы. Они монтируются на фазный провод, не захватывая нулевого.
• Двухполюсник нужно включать в цепь, к которой подсоединена бытовая техника с достаточно высокой мощностью (бойлеры, стиральные машинки, электрические плиты).
• Трехполюсники монтируются в сетях полупромышленного масшатаба, к которым могут подключаться такие устройства, как скважинные насосы или оборудование автомастерской.
• Четырехполюсные АВ позволяют защитить от КЗ и перегрузок электропроводку с четырьмя кабелями.

Применение автоматов различной полюсности – на следующем видео:

Недетерминированные конечные автоматы (nondeterministic finite automaton)

НКА не является каким-то существенным улучшением ДКА, просто в нем добавлен так сказать синтаксический сахар, в виде свободных переходов ,недетерминированности имножеств состояний . Реализовать можно как массив состоящий из структур в которой хранится состояние, входной символ и следующее состояние.

Реализация НКА

// Ячейка массива состоящая из: текущее_состояние, считаный_символ, следующее_состояние. struct state { unsigned char current; signed char sym; // signed, для обозначения свободного перехода как -1. unsigned char next; }; // Таблица переходов для НКА на примере 2 struct state machine[] = { {0, ‘a’, 1}, {1, ‘a’, 1}, {2, ‘a’, 1}, {1, ‘b’, 2}, {2, ‘c’, 3} };Свободные переходы (эпсилон переходы) — переходы, которые можно совершать без чтения входного символа.

Недетерминированность

— ноль и более переходов для одного символа в каких-либо состояниях.

Множества состояний

— в один момент времени НКА может находится в нескольких состояниях.

Пример 3Заключительное состояние обозначается двойным кругом.

В стартовом состоянии у нас текущим состоянием является {1}, при входном символе ‘b’ у нас появляется возможность, пойти в состояние 1 и в состояние 2, то есть после входного символа ‘b’ текущим состоянием является множество {1, 2}.

Пример 4Свободным переходом обозначается пунктирной линией. Здесь видно два свободных перехода из стартового состояния, то есть без чтения входного символа мы сразу находимся в множестве состоянии {2, 4}. Для преобразования НКА в ДКА используется алгоритм Томпсона. При преобразовании НКА в ДКА может получиться не совсем минимальный ДКА и для его минимизации можно применить алгоритм Бржозовского. Это тот же КА, но с дополнительной памятью в виде стека. Теперь для совершения перехода нужно учитывать еще несколько факторов, символ который нужно удалить из стека и символы которые нужнодобавить в стек .

КАМП можно применять в таких местах, где может быть неограниченное количество вложений, например при разборе языков программирование или подсчету вложенных скобок в математических выражениях. Реализовать с помощью КА невозможно, ведь количество возможных состояний конечно в отличие от стека (я понимаю, что память тоже конечна).

Удаление символа из стека

— при любом переходе решается какой символ вытолкнуть, если на вершине стека не оказалось такого символа, то он и не выталкивается. Так же если символ нужно оставить в стеке, то он добавляется вместе с добавляемыми символами.

Добавление символов в стек

— при любом переходе решает какие символы добавить в стек.

Виды

• Детерминированные — к нему применяются те же правила как к ДКА к тому же завершает работу только в заключительном состоянии.
• Недетерминированные — к нему применяются те же правила как к НКА к тому же он может завершать работу в заключительном состоянии или когда стек станет пуст.

Пример 5Шаблон: входной_символ; удаляемый_символ/добавляемый символ. На дно стека добавляется символ $ для, того, что понять когда он закончился. Этот КАМП подсчитывает вложенность скобок, за счет добавления и удаления символов из стека. ДАМП не равен НАМП, поэтому невозможно одно преобразовать в другое, следовательно НАМП обладает преимуществом перед ДАМП. Самая мощная машина из существующих, его преимущество перед другими в ленте с которой он может работать как хочет. В нем нет свободных переходов. Умеет интерпретировать другие автоматы такие как КА, КАМП.Лента

— это одномерный массив в который могут записываться данные за счет головки над ячейкой, который можно заранее заполнить входными данными.

Пример 6Шаблон: считаный_символ_с_головки/записаный_символ; сторона_смещения_головки. края ленты обозначаются ‘_’.

Эта МТ выполняет инкремент двоичного числа, головка стоит слева, там где начинается лента.

Выполнение:

1. Если находится в состоянии 1 и прочитан нуль, записать еди­ницу, сдвинуть вправо и перейти в состояние 2.
2. Если находится в состоянии 1 и прочитана единица, записать нуль, сдвинуть влево и перейти в состояние 1.
3. Еcли находится в состоянии 1 и прочитан пустой квадратик, записать единицу, сдвинуть вправо и перейти в состояние 2.
4. Если находится в состоянии 2 и прочитан нуль, записать нуль, сдвинуть вправо и остаться в состояние 2.
5. Если находится в состоянии 2 и прочитана единица, записать единицу, сдвинуть вправо и остаться в состояние 2.
6. Если находится в состоянии 2 и прочитать пустой квадратик, записать пустой квадратик, сдвинуть влево и перейти в состоя­ние 3.

ДМТ эквивалентен НМТ, так, что они тоже не различаются.

Характеристики автоматических выключателей

Существует еще одна классификация автоматов – по их характеристикам. Этот показатель обозначает степень чувствительности защитного прибора к превышению величины номинального тока. Соответствующая маркировка покажет, насколько быстро в случае возрастания тока среагирует устройство. Одни типы АВ срабатывают моментально, в то время как другим на это понадобится определенное время.

Существует следующая маркировка устройств по их чувствительности:

• A. Выключатели этого типа наиболее чувствительны и на повышение нагрузки реагируют мгновенно. В бытовые сети их практически не устанавливают, защищая с их помощью цепи, в которые включено высокоточное оборудование.
• B. Эти автоматы срабатывают при возрастании тока с незначительной задержкой. Обычно они включаются в линии с дорогостоящими бытовыми приборами (жидкокристаллические телевизоры, компьютеры и другие).
• C. Такие аппараты – самые распространенные в бытовых сетях. Отключение их происходит не сразу после повышения силы тока, а через некоторое время, что дает возможность ее нормализации при незначительном перепаде.
• D. Чувствительность этих приборов к возрастанию тока самая низкая из всех перечисленных типов. Их чаще всего устанавливают в щитках на подходе линии к зданию. Они обеспечивают подстраховку квартирных автоматов, и если те по какой-то причине не срабатывают, отключают общую сеть.

Типы расцепителей

Расцепители являются основными рабочими компонентами АВ. Задача их состоит в том, чтобы при превышении допустимой величины тока разорвать цепь, тем самым прекратив подачу в нее электроэнергии. Существует два основных типа этих устройств, отличающихся друг от друга по принципу расцепления:

• Электромагнитные.
• Тепловые.

Расцепители электромагнитного типа обеспечивают практически моментальное срабатывание автоматического выключателя и обесточивание участка цепи при возникновении в нем сверхтока короткого замыкания.

Они представляют собой катушку (соленоид) с сердечником, втягивающимся внутрь под воздействием тока большой величины и заставляющим срабатывать отключающий элемент.

Основная часть теплового расцепителя – биметаллическая пластина. Когда через автомат проходит ток, превышающий номинальную величину защитного устройства, пластина начинает нагреваться и, изгибаясь в сторону, касается отключающего элемента, который срабатывает и обесточивает цепь. Время на срабатывание теплового расцепителя зависит от величины проходящего по пластине тока перегрузки.

Некоторые современные устройства оснащаются в качестве дополнения минимальными (нулевыми) расцепителями. Они выполняют функцию выключения АВ, когда напряжение падает ниже предельного значения, соответствующего техническим данным устройства. Существуют также дистанционные расцепители, с помощью которых можно не только отключать, но и включать АВ, даже не подходя к распределительному щиту.