Дифференциальные автоматы; устройство, принцип работы
Дифференциальные автоматы (дифавтоматы). иначе называемые автоматическими выключателями с дифференциальной защитой, представляют собой совмещенный в одном корпусе автоматический выключатель и УЗО.
Применяются такие аппараты в сетях номинальным напряжением 220 В с частотой 50 Гц, работающих в режиме глухозаземленной нейтрали. Функции, выполняемые этими защитными аппаратами:
— проведение электрического тока в нормальном режиме; — отключение цепи при коротком замыкании (КЗ) или токовой перегрузке; — защита человека от напряжения, которое может появиться на корпусе оборудования при неисправности; — защита помещений от возгораний вследствие токов утечек, при повреждении изоляции электрических цепей.
Устройство. В состав изделия входит: корпус, электродинамический расцепитель, тепловой расцепитель, система рычагов и пружин, удерживающих автомат во включенном положении и отключающих его, рычаг ручного управления автоматом, трансформатор тока с тороидальным сердечником, электромеханическое реле, исполнительный механизм, воздействующий на расцепитель при срабатывании реле.
Корпус дифференциального автомата, выполнен из негорючего пластика. Электродинамический расцепитель представляет собой катушку с подвижным сердечником, включенную последовательно с главными контактами автомата.
При прохождении по цепи катушки токов КЗ. имеющих высокое значение, сердечник с большой скоростью и силой втягивается, и выбивает защелку, удерживающую дифференциальный автомат во включенном положении. Время срабатывания электродинамического расцепителя стремится к нулю, а величина тока срабатывания зависит от его исполнения и выражается кратным значением Iн.
Электродинамический расцепитель называют независимым, так как время его срабатывания не зависит от величины тока. Тепловой расцепитель выполняется из биметаллических пластин. Биметаллическая пластина представляет собой сплав двух металлов, имеющих разный коэффициент температурного расширения.
При протекании по пластинам электрического тока, происходит их нагрев. Вследствие разных линейных расширений металлов пластины изгибаются. Когда величина тока возрастает до предельного значения, пластины выгибаются настолько, что выбивают защелку, удерживающую автомат во включенном положении.
Тепловой расцепитель называется зависимым, так как время его срабатывания зависит от величины протекающего тока и соответственно скорости нагрева.
Защитные характеристики. В совокупности, электродинамический и тепловой расцепители определяют защитную характеристику автоматического выключателя, которая изображается кривыми на графиках в координатах тока и времени. График содержит совмещенные кривые работы теплового и динамического расцепителя.
Различают шесть типов характеристик выключателей, проиндексированных латинскими буквами: A, B, C, D, K, Z:
A. Автоматы с характеристикой типа А применяются в электрических цепях большой длины, а также для защиты полупроводниковых приборов, имеют кратность отсечки 2-4 Iн. B. Характеристики типа В применяются в осветительных сетях общего назначения и имеют кратность отсечки 3-6 Iн. C. Выключатели с характеристикой С имеют перегрузочную способность 5-10 Iн и применяются в установках с умеренными пусковыми токами. D. Выключатели с характеристикой D предназначены для активно индуктивной нагрузки, например для защиты электродвигателей с тяжелым пуском. Электродинамический расцепитель с характеристикой D имеют уставку 10-20 Iн. K. Выключатели с характеристикой К предназначены для чисто индуктивной нагрузки, электродинамический расцепитель срабатывает в пределах 8-15 Iн. Z. В электрических цепях с электронными приборами применяются автоматические выключатели с характеристикой Z и уставкой 2-3 Iн.
Принцип действия дифференциальной защиты основан на сравнении тока направленного к нагрузке и тока в нулевом проводе. В нормальном режиме работы эти значения равны. Источником электродвижущей силы, для бытовых приемников являются фазный и нулевой провода.
В замкнутой цепи ток направлен от точки с большим потенциалом (фазного провода) к точке с меньшим потенциалом (нулевому проводу). Величина тока протекающего по фазному проводу, равна величине тока протекающего в нулевом проводе и равна току в цепи приемника. Этот пример справедлив, когда цепь замкнута и имеет хорошую изоляцию.
В дифференциальном автомате цепь нулевого и фазного провода проходит через замкнутый сердечник трансформатора тока. При равенстве токов в проводах, результирующий поток в сердечнике, наводимый проводами, равен нулю.
Во вторичных цепях ток отсутствует, реле находится в несработанном состоянии. Ухудшение изоляции ведет к появлению токов утечек, образующихся из-за разности потенциалов между фазным или нулевым проводом и заземленными конструкциями. Появление токов утечек ведет к нарушению баланса токов в проводах, как следствие нарушается равенство магнитных потоков в замкнутом сердечнике.
На выводах вторичной обмотки трансформатора тока появляется разность потенциалов, напрямую зависящая от дисбаланса токов в проводах. При достижении током утечки порогового значения, разность потенциалов на выходе трансформатора тока становится достаточной для срабатывания электромеханического реле, выбивающего защелку, удерживающую автомат во включенном положении.
Важным условием применения дифференциальной защиты, является надежное заземление токопроводящих конструкций, которые неожиданно могут оказаться под напряжением. От этого зависит насколько правильно и своевременно сработает дифференциальный автомат.
Согласно ПУЭ. применение УЗО. а значит и дифференциальных автоматов, в электроустановках с системами заземления TN-S и TN-C-S обязательно. В системах типа TN-S рабочий нулевой и защитный нулевой проводник выполнен разными проводами на всем протяжении. TN-C-S допускает совмещение рабочего и защитного нулевого проводника на отдельных участках, но непосредственно на защищаемом участке они должны быть разделены.
Применение дифференциальной защиты, в сетях с совмещенным рабочим и защитным нулевым проводом, а также в сетях без защитного нулевого провода не представляется возможным. В первом случае защита будет срабатывать излишне и без причины, токи утечки будут присутствовать всегда. Во втором случае токов утечки не будет до тех пор, пока человек своим телом не создаст цепь утечки.
Выбор дифференциальных автоматов сводится к выбору номинального тока теплового расцепителя, выбору типа характеристики автомата, и номинальному значению токов утечки. Номинал теплового расцепителя выбирается в зависимости от сечения проводов защищаемого участка и варьируется от 6 до 40 А. Ток срабатывания теплового расцепителя выбирается из ряда стандартных значений, на ступень меньше, допустимого тока провода.
В бытовых сетях в основном применяют дифференциальные автоматы с характеристикой В или С. Ток утечки для защиты человека должен быть в пределах 30 мА, для защиты помещений от пожаров применяют дифференциальные автоматы с током утечки 300 мА.
Дифференциальный автомат
Дифференциальный автомат – это устройство, включающее в себе функциональность УЗО и автовыключателя. Используется данный аппарат в электросетях с частотой в 50 Герц, напряжением 220 Вольт и с глухозаземленной нейтралью.
Функции дифавтомата:
- отключение цепи при нагрузках и коротком замыкании;
- защита сооружения от возгорания вследствие утечки электротока при нарушении целостности изоляционного материала;
- защита человека от поражения электричеством, которое может возникнуть на корпусе электрооборудования при его неисправности;
- проведение электротока в нормальном режиме.
Конструкция дифференциального автомата
- электродинамического расцепителя;
- корпуса;
- расцепителей: теплового и электродинамического;
- рычага управления;
- реле;
- исполнительного механизма;
- трансформатора с сердечником тороидального вида;
- системы пружин и рычагов, удерживающих автомат в рабочем состоянии и отключающих его при срабатывании реле.
Корпус автомата изготавливается из негорючего полимера. Электродинамический расцепитель состоит из катушки с динамическим сердечником, который подключается к основным контактам дифавтомата.
При прохождении электротоков короткого замыкания с высокими параметрами по катушке, сердечник со значительной силой и скоростью выбивает защелку, которая удерживает автомат рабочем состоянии. Время срабатывания расцепителя минимально, а величина тока срабатывания выражается значением Iн и зависит от его исполнения.
Электродинамический расцепитель относится к независимому типу устройств, так как на скорость его срабатывания величина тока никакого влияния не оказывает. Тепловой расцепитель изготовляется из пластин, изготовленных из сплава двух металлов с отличающимся коэффициентом температурного расширения.
Прохождение электротока по пластинам приводит к их нагреву – разность показателей линейного расширения металлов приводит к их изгибанию. Если величина тока достигает предельного значения, то пластины прогибаются таким образом, что выбивают защелку, которая удерживает автомат во включенном состоянии.
Тепловой расцепитель является зависимым – скорость его срабатывания зависит от величины электротока и скорости нагрева.
Комбинация теплового и электродинамического расцепителей характеризует защитное свойство выключателя, которое изображается в виде графика с координатами времени и тока. Данный график представляет собой совмещенные кривые работы электродинамического и теплового расцепителя.
Виды дифференциальных автоматов
Для их обозначения используются буквы латинского алфавита:
А. Автоматы данного типа используются в электросетях длинной протяженности и для защиты полупроводниковых устройств с кратностью отсечки в 2-4 Iн.
B. Применяется в осветительных сетях общего назначения. Кратность отсечки – 3-6 Iн.
C. Перегрузочная способность таких выключателей – 5-10 Iн. Используются в установках с умеренными пусковыми электротоками.
D. Дифавтоматы типа D предназначены для зажиты электрических двигателей с тяжелым запуском. Кратность срабатывания электродинамического расцепителя – 8-15 Iн.
K. Используются только для индуктивной нагрузки. Кратность срабатывания расцепителя – 8-15 Iн.
Z. Применяются в цепях с различными электронными приборами. Кратность срабатывания – 2-3 Iн.
Принцип работы дифзащиты основан на сравнении тока в нулевом проводе и тока направленного к нагрузке. В условиях нормального функционирования данные значение идентичны. Источником электродвижущей силы в домашней сети является нулевой и фазный провод.В закрытой цепи электроток стремиться от точки с высоким потенциалом, то есть от фазного провода, к точке с наименьшим потенциалом, — нулевому проводу. Значения тока, протекающего по нулевому и фазному проводам, как и в цепи приемника, одинаковая. Это утверждение справедливо для замкнутой и хорошо изолированной цепи.
В дифавтомате цепь фазного и нулевого провода проходит через сердечник трансформатора. При равенстве электротоков в проводах, результирующий поток в сердечнике равен нуля. Во вторичных цепях тока нет, следовательно, реле находится в нерабочем состоянии.
В случае ухудшения изоляции, из-за разности потенциалов между заземлением, нулевым и фазным проводом, происходит утечка тока. Появление утечки нарушает баланс в проводах, как следствие, в сердечнике наблюдается нарушение равенства электромагнитных потоков.
На вторичной обмотке трансформатора также появляется разность потенциалов, которая имеет прямую зависимость от дисбаланса на проводах. При достижении критического значения, разность потенциалов на выходе трансформатора вызывает срабатывание реле, которое выбивает защелку и выключает автомат из сети.
Важным условием дифзащиты является надежное и правильно заземление токопроводящих деталей, которые при утечке могут оказаться под напряжением. От данного нюанса зависит скорость срабатывания дифавтомата.
В соответствии с Правилами устройства электроустановок, использование УЗО, в том числе и дифавтоматов, обязательно для систем заземления TN-S и TN-C-S.
При этом дифзащита в сетях с соединенными нулевым и рабочим проводами, а также в электросетях без нулевого защитного провода не возможно. В первом случае ток утечки будет присутствовать всегда, а во-втором – утечки не будет, пока человек своим телом не замкнет цепь для утечки.
Смотрите также:
Что такое дифавтомат и для чего его применяют?
Дифференциальный автомат — это низковольтный комбинированный электрический аппарат, совмещающий в одном корпусе функции двух защитных устройств — УЗО и автоматического выключателя. Благодаря этому данное изделие является достаточно популярным и широко применяется как в бытовых условиях, так и на производстве. В этой статье мы рассмотрим устройство, назначение и принцип работы дифавтомата.
Назначение
Рассмотрим вкратце для чего нужен дифавтомат. Внешний вид его изображен на фото:
Во-первых, данный электрический аппарат служит для защиты участка электрической сети от повреждения из-за протекания по нему сверхтоков, которые возникают при перегрузке или коротком замыкании (функция автоматического выключателя). Во-вторых, дифференциальный автомат предотвращает возникновение пожара и поражение людей электрическим током в результате возникновения утечки электричества через поврежденную изоляцию кабеля линии электропроводки или неисправного бытового электроприбора (функция устройства защитного отключения).
Устройство и принцип действия
Для начала приведем обозначение на схеме по ГОСТ, по которому наглядно видно, из чего состоит дифавтомат:
На обозначении видно, что основными элементами конструкции дифавтомата является дифференциальный трансформатор (1), электромагнитный (2) и тепловой (3) расцепители. Ниже кратко охарактеризуем каждый из приведенных элементов.
Дифференциальный трансформатор имеет несколько обмоток, в зависимости от количества полюсов устройства. Данный элемент осуществляет сравнение токов нагрузки по проводникам и в случае их несимметричности на выходе вторичной обмотки данного трансформатора появляется так называемый ток утечки. Он поступает на пусковой орган, который без выдержки времени осуществляет расцепление силовых контактов автомата.
Также следует упомянуть о кнопке проверки работоспособности защитного аппарата «TEST». Данная кнопка подключается последовательно с сопротивлением, которое включается или отдельной обмоткой на трансформатор либо параллельно одной из имеющихся. При нажатии на данную кнопку сопротивление создает искусственный небаланс токов – возникает дифференциальный ток и дифавтомат должен сработать, что свидетельствует о его исправном состоянии.
Электромагнитный расцепитель представляет собой электромагнит с сердечником, который воздействует на механизм отключения. Данный электромагнит срабатывает в случае достижения тока нагрузки порога срабатывания — обычно это случается при возникновении короткого замыкания. Данный расцепитель срабатывает мгновенно, за доли секунд.
Тепловой расцепитель осуществляет защиту электрической сети от перегрузки. Конструктивно представляет собой биметаллическую пластину, которая деформируется при протекании через нее тока нагрузки, превышающего номинальный для данного аппарата. При достижении определенного положения биметаллическая пластина воздействует на механизм отключения дифавтомата. Срабатывание теплового расцепителя происходит не сразу, а с выдержкой времени. Время срабатывания прямо пропорционально величине тока нагрузки, протекающего по дифференциального автомату, а также зависит от температуры окружающей среды.
На корпусе указывается порог срабатывания дифференциального трансформатора — ток утечки в мА, номинальный ток теплового расцепителя (при котором работает неограниченное время) в А. Пример маркировки на корпусе — С16 А / 30 мА. В данном случае маркировка “С” перед значением номинала показывает кратность срабатывания электромагнитного расцепителя (класс аппарата). Буква “С” указывает, что электромагнитный расцепитель сработает при превышении номинала 16А в 5-10 раз.
На видео ниже подробно рассказывается, как работает и из чего состоит дифавтомат:
Область применения
Для чего применяют дифференциальный автомат, если существует два отдельных защитных аппарата (УЗО и автомат), каждый из которого выполняет свою функцию?
Основное преимущество дифавтомата — компактность. Он занимает меньше места на DIN-рейке в электрическом распределительном щитке, чем в случае установки двух отдельных аппаратов. Эта особенность особенно актуальная при необходимости установки в распределительном щитке нескольких устройств защитного отключения и автоматических выключателей. В данном случае посредством установки дифавтоматов можно значительно сэкономить место в распределительном щитке и соответственно уменьшить его размер.
Дифференциальный автомат широко применяется для защиты электропроводок практически повсеместно, как в быту, так и в помещениях другого назначения (в различных учреждениях, на предприятиях).
Дифавтомат ничем не уступает аналогичным по характеристикам УЗО и автоматическому выключателю, поэтому каких-либо ограничений в его применении нет. Данный защитный аппарат можно устанавливать, как на вводе (в качестве резервирующего), так и на отходящих линиях электропроводки для обеспечения пожаробезопасности, безопасности людей в отношения поражения электричеством, а также для защиты от сверхтоков.
Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип работы дифавтомата. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!
Наверняка вы не знаете:
Источники: http://forum220.ru/dif.php, http://electrikagid.ru/avtomaticheskie-vikluchateli/differencialnyy-avtomat.html, http://samelectrik.ru/chto-takoe-difavtomat.html
