Автоматические выключатели - коммутационные аппараты защиты, без которых, в настоящее время не может обойтись ни одна система электроснабжения.
Помимо основной функции автоматов - защитного отключения (размыкания) электрических цепей при аварийных режимах работы - возникновении в них коротких замыканий (КЗ), токов недопустимых значений, устройства могут служить для нечастых коммутаций - оперативных включений и отключений нагрузки (при условии, что ее потребляемый ток не превышает номинальный ток аппарата).
Конструкция автоматических выключателей. В данном случае, она рассмотрена на примере однополюсных устройств модульного исполнения, получивших сегодня наибольшее распространение в качестве устройств защиты электрических сетей.
Конструктивно, все они представляют собой корпус из неподдерживающего горения пластика, внутри которого расположены следующие элементы и узлы:
1 - корпус;2 - винтовые зажимы для проводов;3 - рукоять (рычаг управления);4 - подвижный контакт;5 - неподвижный контакт;6 - биметаллическая пластина теплового расцепления;7 - катушка соленоида мгновенного расцепления;8 - камера гашения дуги;9 - гибкая связь с биметаллической пластиной;10 - узел расцепления;11 - фиксатор автомата на DIN-рейке.
Нормальный режим работы. Предполагается, что значения токов нагрузки в электрической цепи не превышают номинал аппарата защиты. При взведении рукояти автоматического выключателя в верхнее положение (“вкл”), происходит соприкосновение контактных поверхностей подвижного и неподвижного контактов.
Питающее напряжение с верхнего винтового зажима поступает на катушку соленоида, далее на неподвижный контакт. При включении (установке рукояти в верхнее положение) происходит соприкосновение неподвижного и подвижного контактов, с последнего через гибкий соединитель - на биметаллическую пластину и на нижний винтовой зажим, к которому подключен провод, питающий защищаемую групповую линию.
Срабатывание (отключение) автомата. Происходит при превышении расчетных значений тока его расцепителя значениями токов в цепи; появление сверхтоков, вследствие возникновения замыканий или длительных перегрузок.
В зависимости от величины протекающего через автомат тока, его защитное отключение может выполнено как электромагнитным, так и тепловым расцеплением.
Так, при возникновении сверхтоков, вызванных коротким замыканием в защищаемой линии, срабатывание происходит в результате втягивания сердечника соленоида, воздействующего на механизм расцепления автомата, что приводит к размыканию подвижного и неподвижного контактов.
При незначительных длительных превышениях номинального тока в цепи, отключение автомата осуществляется в результате нагрева биметаллической пластины под действием тока; в результате ее изгиба в действие приводится узел расцепления, размыкающий линию. На время срабатывания тепловой защиты влияет величина токов перегрузки.
Независимо величины превышения тока и того, каким из способов выше вызвано воздействие на узел расцепления, отключение может сопровождаться искрением контактов, возникновением дуги между ними при размыкании.
Для защиты контактов от термических воздействий дуги, которые могут стать причиной появления нагара на контактных поверхностях или их разрушения, конструкцией любого автоматического выключателя предусмотрена дугогасительная камера, расположенная над контактами.
Конструктивно, она представляет собой решетку из нескольких параллельно закрепленных пластин. Гашение дуги при коммутации больших токов происходит ее рассеиванием (делением) в этом дугогасителе.
Для защиты трехфазных цепей используются трехполюсные автоматы. Упрощенно, их конструкция представляет собой три объединенных в одном корпусе описанных выше однополюсных автоматических выключателя.
При возникновении в цепи одной из фаз, расцепитель этого полюса, воздействует на механизмы расцепления двух других, обеспечивая размыкание всех контактных пар защищаемых цепей - полное отключение напряжения.