Автоматические выключатели – принцип работы, виды и рекомендации по безопасности

Как в домашних условиях, так и в бизнесе часто возникают внезапные электрические неисправности, которые при несвоевременном устранении могут привести к серьёзным повреждениям электрической инфраструктуры данного места, а иногда даже к опасным авариям и пожарам с разрушительными последствиями.

Что делают автоматические выключатели?

Возьмём дом в качестве примера. В доме есть основная электрическая цепь, которая состоит из нескольких меньших цепей. Эта цепь в вашем доме питается электроэнергией, поступающей от электростанции.

В нормальных условиях электрический ток регулируется в безопасных пределах или пределах напряжения (электрического давления). Это важно, поскольку чрезмерная электрическая нагрузка может повредить различные компоненты конструкции.

Однако иногда и по разным причинам электрическая нагрузка может превышать уровень, который цепь способна выдержать, что может повредить как саму цепь, так и подключённые к ней устройства, а также вызвать пожар.

Основная функция автоматических выключателей заключается в постоянном «контроле» того, чтобы электрическая нагрузка не превышала безопасные пределы, и, если это происходит, автоматически отключать электрическую цепь, предотвращая повреждение всей электрической установки.

Принцип работы автоматических выключателей

Внутри автоматические выключатели в основном состоят из неподвижных и подвижных контактов, а также приводной катушки.

В нормальных условиях — при замкнутой цепи — эти контакты соприкасаются и позволяют электрическому току протекать. Подвижные контакты удерживаются вместе за счёт механического давления, создаваемого пружиной или сжатым воздухом.

Это давление на подвижные контакты обеспечивается потенциальной энергией, накопленной в механизме. При перегрузке электрической цепи приводная катушка получает энергию, и устройство, связанное с подвижным контактным механизмом, позволяет этой энергии высвободиться, в результате чего контакты размыкаются.

По мере разъединения подвижных контактов цепь внутри автоматического выключателя разрывается, ток прекращается, и система защищается от дальнейших повреждений.

Также важно понимать понятие «дуга».

Когда электрический ток проходит через воздушный промежуток от находящегося под напряжением компонента к нейтральному, возникает плазменный разряд — электрическая дуга. Например, молния является очень большой электрической дугой, проходящей от облака к земле или к другому облаку.

Дуга может возникать и в домашних электрических проводах, а также внутри автоматических выключателей, и если её не контролировать, она может повредить оборудование и вызвать пожар.

Поэтому механизмы автоматических выключателей направлены на максимальное предотвращение или управление возникновением таких электрических дуг.

Типы автоматических выключателей

На рынке существует множество типов автоматических выключателей, однако все они в целом работают по одному и тому же принципу, описанному выше. Различия между моделями заключаются в типе механизма, активирующего размыкание подвижных контактов, и способе управления электрической дугой.

Автоматические выключатели в литом корпусе (MCCB)

Автоматические выключатели в литом корпусе в основном используются в низковольтных цепях. В этой модели все токопроводящие части, механизмы и коммутационные устройства размещены внутри изолированного литого корпуса.

MCCB часто используются в промышленности как первый выбор для систем переменного (AC) или постоянного (DC) тока благодаря возможности интеграции с другими устройствами управления, низким затратам на обслуживание и компактным размерам.

Вакуумные автоматические выключатели (VCB)

В VCB размыкание электрической цепи происходит внутри керамической конструкции, называемой вакуумной камерой. Эта камера полностью изолирована и содержит высокий вакуум.

Внутри камеры расположены неподвижные и подвижные контакты. При их размыкании возникает электрическая дуга, которая быстро гасится благодаря вакууму и высокой диэлектрической прочности.

Главное преимущество VCB заключается в значительном снижении риска пожара и меньших требованиях к техническому обслуживанию.

Воздушные автоматические выключатели (ACB)

В воздушных автоматических выключателях используется сжатый воздух. Он выпускается через сопло, создавая высокоскоростной воздушный поток. Именно этот поток и гасит электрическую дугу.

ACB обычно используются в высоко- и средневольтных системах, как правило до 15 кВ, а также могут применяться в воздушных линиях 220 кВ и выше.

Их основные преимущества — компактные размеры, высокая скорость срабатывания, низкие затраты на обслуживание и значительное снижение риска пожара.

Масляные автоматические выключатели (OCB)

OCB является самым старым типом автоматических выключателей и использует масло как изоляционную среду для гашения дуги.

В этой модели контактные элементы находятся в масле и при неисправности размыкаются внутри него. Возникающая дуга образует вокруг себя пузырь водорода, а давление, создаваемое им, предотвращает повторное возникновение дуги.

Его основное преимущество заключается в отсутствии необходимости в дополнительных устройствах для гашения дуги, а также в обеспечении изоляции между контактами.

Автоматические выключатели на элегазе (SF6CB)

Главной особенностью SF6CB является использование газа шестифтористой серы (SF6). Этот газ обладает очень высокими изоляционными свойствами, что делает устройство высокоэффективным.

Кроме того, газ SF6 быстро восстанавливается после гашения дуги и обеспечивает более эффективное охлаждение по сравнению с воздухом. Поэтому SF6CB очень эффективны в системах среднего и высокого напряжения и отличаются негорючими свойствами газа.