Автоматические выключатели (автоматы), например, серии ПАР (рис. 11.2), пришли на смену ввинчивающимся пробкам. Поэтому они имеют такую же резьбу Е-27, как у пробок. Они не требуют замены элементов электросети при отказе от использования пробок.

Рис. 11.2. Общий вид автоматического резьбового предохранителя серии ПАР

ПАР предназначены для защиты электрических цепей от короткого замыкания, изменения напряжения, перегрузок и других нарушениях режима работы цепи, а также для ручного отключения и включения линий и потребителей энергии. Автоматические выключатели относятся к защитным устройствам многократного действия.

Включают цепь автоматическим выключателем вручную, а отключать ее могут как вручную, так и автоматически, в результате срабатывания вмонтированного в корпус расцепителя.

Последний представляет собой блок, встроенный в корпус выключателя и предназначенный для отключения выключателя под действием тока, превышающего ток настройки.

Во всех автоматах расцепляющее устройство конструируют так, что исключается возможность удерживания контактов выключателя во включенном положении (кнопкой, рукояткой или дистанционным приводом) при отклонении от режима работы в защищаемой цепи. Быстрота отключения не зависит от оператора, а определяется исключительно конструкцией расцепителя.

Преимущества автоматов перед плавкими предохранителями:

♦ срабатывают надежнее, чем плавкие предохранители;

♦ при защите трехфазного устройства устраняется возможность его работы в неполнофазном режиме, так как при перегрузках и коротких замыканиях отключаются сразу же все три фазы;

♦ значительно снижаются простои электрооборудования из-за того, что на включение сработавшего автомата требуется меньше времени, чем на замену перегоревшего предохранителя.

Основные требования к автоматическим выключателям:

♦ обеспечивать, не перегреваясь и не окисляясь, продолжительный режим работы при номинальной силе тока;

♦ не повреждаясь, отключать цепь при токах короткого замыкания.

Конструкции автоматических выключателей различаются расцепителями — встроенными устройствами в виде защитных реле для дистанционного отключения.

Автоматы с тепловыми расцепителями предназначены для защиты от перегрузок. В качестве теплового расцепителя служит биметаллическая пластинка. При прохождении по ней тока перегрузки она изгибается и приводит в действие расцепляющий механизм, отключающий автомат. Тепловые расцепители отключают цепь в зависимости от длительности и силы тока, превышающего уставку теплового расцепителя.

Автоматы с электромагнитным расцепителем служат для защиты от коротких замыканий. Автомат с электромагнитным расцепителем в каждой фазе имеет электромагнитное реле максимального тока, состоящее из катушки, сердечника и пружины. Ток короткого замыкания, проходя по катушке, содействует втягиванию внутрь ее сердечника, который сжимает пружину и приводит в действие расцепляющее устройство. Такое отключение называют отсечкой. Электромагнитные расцепители срабатывают практически мгновенно (за 0,02 с).

Автоматы с комбинированным расцепителем имеют как тепловой, так и электромагнитный расцепители. При наличии комбинированного расцепителя выключатель мгновенно срабатывает при сверхтоках и с выдержкой времени от перегрузок, определяемой тепловым расцепителем.

Расцепитель минимального напряжения срабатывает при снижениях напряжения до 70–30 % номинального.

Для выключателя данной величины может быть несколько расцепителей, имеющих свои разные номинальные токи, которые могут регулироваться. Установка на ток мгновенного срабатывания, или ток отсечки, означает, что при данном токе срабатывает электромагнитный расцепитель данного выключателя.

Предельная коммутационная способность означает предельный ток, который может отключить выключатель.

Кроме того, автоматические выключатели разных серий и типов различают по следующим признакам:

♦ вид тока (переменный, постоянный);

♦ напряжение и номинальная сила тока автомата;

♦ количество полюсов (1, 2 и 3);

♦ номинальная сила тока расцепителей.

Сокращенные обозначения расцепителей: Т — только тепловой, М — только электромагнитный, МТ — комбинированный, т. е. тепловой и электромагнитный вместе.

Теперь рассмотрим детально принцип действия основных типов автоматических выключателей. На корпусе выключателя написаны номинальные данные:

♦ предельное напряжение сети, в которой может применяться ПАР, например, 250 В;

♦ номинальный ток, например, 6,3 или 10 А.

Когда автоматический выключатель включен, кнопка для его включения утоплена. На кинематических схемах детали показаны простейшим образом: оси обозначены точками (кружками), детали, изготовленные из изоляционных материалов, заштрихованы крест-накрест.

Первый этап — работа в штатном режиме сети. ПАР включен (рис. 11.3).

Рис. 17.3. Работа ПАР в штатном режиме

Ток проходит от центрального контакта через неподвижные контакты, соединенные контактным мостиком, биметаллическую пластину (или через проволоку, навитую на нее, в зависимости от конструкции), гибкий проводник и обмотку электромагнита к гильзе. Под действием тока нагрузки биметаллическая пластина нагревается и несколько изгибается, а в электромагните возникают механические усилия, которые тянут сердечник вниз, внутрь электромагнита. Однако, пока сила протекающего тока не превосходит допустимой, ни изгибание биметалла, ни усилия электромагнита не могут изменить положения деталей автоматического выключателя, и он остается включенным.

Второй этап — работа при значительной перегрузке сети. При возникновении долго продолжающейся значительной перегрузки:

♦ биметаллическая пластина успевает сильно изогнуться. Изгиб происходит тем быстрее, чем перегрузка больше;

♦ штифт, связанный с пластиной, перемещается влево и переходит в положение, изображенное на рис. 11.4;

Рис. 11.4. Работа ПАР при значительной нагрузке

♦ рычаг соскакивает со штифта;

♦ пружина выталкивает вверх цилиндрическую деталь;

♦ рычаг поворачивается вокруг оси О, и благодаря этому ПАР отключается.

Ось при этом перемещается вверх по направляющим пазам.

Третий этап — восстановление температурного режима автомата. Через несколько минут биметаллическая пластинка остывает, после

чего автоматический выключатель может быть вновь включен. Если к

этому времени причина перегрузки уже устранена, то автоматический

выключатель может быть включен и работать в штатном режиме. Если

перегрузка не устранена, он через некоторое время опять отключится.

Четвертый этап — ручное включение после восстановления. Автоматический выключатель включается кнопкой. При этом рычаг повернется вокруг оси О и займет положение, показанное на рис. 11.10. Контакты замкнутся, и механизм во включенном положении будет зафиксирован благодаря тому, что левый конец рычага будет удерживаться штифтом, а правый — защелкой.

Пятый этап — работа при коротком замыкании в сети. Если ток в сети резко и значительно возрастает:

♦ сердечник мгновенно втягивается вниз (рис. 11.5);

Рис 17.5. Работа ПАР при коротком замыкании в защищаемой сети

♦ защелка поворачивается вокруг оси О₁ и освобождает рычаг;

♦ в результате этого автоматический выключатель отключается.

Описанное выше мгновенное отключение называется отсечкой. При последующем включении ПАР, если повреждение в сети не устранено (например, касаются друг друга оголенные провода), ПАР немедленно отключается, независимо от того, сколько времени нажата кнопка включения, и повторно включиться не сможет.

Это обязательное требование к автоматическим выключателям (при нажатии кнопки включаться в случае поврежденной сети только 1 раз) обеспечивается так называемым свободным расцеплением. Чтобы повторно включить автомат, надо произвести сознательное действие, в нашем примере отпустить кнопку, а потом еще раз ее нажать.

Шестой этап — отключение вручную. Производится нажатием кнопки для ручного отключения:

♦ кнопка надавливает на защелку;

♦ процесс отключения происходит так же, как при автоматическом отключений.

Пружина определяет необходимое положение защелки и сердечника электромагнита. Пружина создает контактное нажатие.