Принцип действия выключателя света

Как устроен выключатель? Принцип работы

Освещение жилых и производственных помещений необходимо для комфортного существования человека. Но если о разновидностях излучателей люди знают достаточно многое, то такие электротехнические компоненты, как выключатель, мало интересуют обычного обывателя, пока не появляется необходимость в их замене. А между тем они отличаются не только по количеству клавиш на корпусе. Критериев выбора подобных устройств довольно много. В сегодняшней статье будет рассмотрено, как устроен выключатель, какие разновидности приборов встречаются на российских прилавках. Стоит остановиться и на подключении, которое также может различаться.

Требования к эксплуатации

При эксплуатации данного оборудования должны соблюдаться следующие требования:

• правильный выбор элемента с учётом технических характеристик;
• надлежащее техническое обслуживание, согласно требованиям, предусмотренным заводом-изготовителем;
• соблюдение условий эксплуатации, допустимых для конкретного устройства;
• наличие обученного и аттестованного персонала, допускаемого к обслуживанию оборудования.

Установленные устройства должны надлежащим образом проходить регулярные проверки, испытания и другие необходимые виды работ.

Выбор выключателя

Классификация устройств

Все воздушные высоковольтные выключатели, кроме как, по конструкции (с отделителем и без) отличаются, также и по назначению:

• Сетевые. Они рассчитаны на напряжение 6000 вольт и выше и используются в цепях переменного тока для включения и выключения потребителей в нормальных неаварийных режимах работы, а также отключение при возникших коротких замыканиях;
• Генераторные. Применяются в сетях с рабочим напряжением от 6 до 24 тысяч Вольт, для подключения в эти цепи генераторов. Выдерживают пусковые токи, а также режимы К.З.;
• Для электротермических установок. Рабочее напряжение, при котором возможна нормальная коммутация, составляет 6–220 кВ. Может работать также и в аварийных режимах.
• Специального назначения. Они выпускаются не серийно, а под заказ и изготавливаются с учётом местных условий эксплуатации.

И также выключатели, имеющие пневмоустановку для работы, разделяются по виду и расположению этого механизма, нагнетающего воздух аппарата:

1. Опорные;
2. Подвесные. Имеют подвешивающую к порталу, установленному на ОРУ, конструкцию;
3. Выкатные. Оснащены механизмом для выкатывания из распредустройства;
4. Встраиваемые в КРУ (комплектные распределительные устройства).

3. Принцип гашения электрической дуги

При разрыве контактов между поверхностями возникает ионизация пространства. В вакуумных выключателях применяется технология, отличная от воздушных и масляных. Основной принцип основан на том, что в идеальном вакууме отсутствует какое-либо вещество, способное выделять заряженные частицы. Поэтому в момент разделения контактов, из-за разности потенциалов, единственным источником ионизации являются пары раскаленного металла. Они продолжают движение между контактными поверхностями, но при переходе синусоиды электрического тока через ноль, заряженные частицы утрачивают энергию для ионизации и перемещения и их место занимает пустое пространство с высокой электрической плотностью и дуга рвется. Ионы металлов примыкают к ближайшей поверхности – контактам или стенкам камеры. Такой принцип действия позволяет сократить время на прекращение горения дуги и предоставляет ряд преимуществ, в сравнении с другими типами коммутационных аппаратов. Однако чрезмерные коммутационные перенапряжения могут привести к деформации поверхности, что будет препятствовать нормальному замыканию контактов, увеличит переходное сопротивление и вызовет перегрев внутри вакуумной камеры.

Дополнительные элементы для воздушных выключателей

Сам выключатель не может создавать поток сжатого воздуха, на котором основана его работа, поэтому для его эксплуатации необходимы следующие основные компоненты:

1. Компрессор для создания сжатого воздуха;
2. Герметичную систему пневматических приводов;
3. Ресивер для хранения уже готового сжатого воздуха.

В связи с применением этих компонентов также согласно ГОСТа необходимы:

• Манометры. Они показывают реальное давление в резервуаре выключателя;
• Реле минимального давления контакты которого обеспечат подачу сигнала в случае снижения определённого давления которое нормируется. Эту же роль может играть и манометр, содержащий электроконтактную часть;
• Запорный общий клапан, который устанавливается на воздухопроводе;
• Обратный клапан, обеспечивающий надёжное перекрывание выхода сжатого воздуха с резервуара при понижении давления в подводящем воздухопроводе;
• Фильтр очищающий воздух от различной, токопроводящей и не только, пыли;
• Устройство для спускания воздуха или воды из самой нижней точки резервуара.

Лекция № — Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Автоматический выключатель (автомат) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической сети от сверхтоков, т.е. от коротких замыканий и перегрузок.

Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.

Автоматические выключатели бывают с электромагнитным расцепителем защищающим электрическую цепь от короткого замыкания и комбинированным расцепителем — когда дополнительно с электромагнитным расцепителем применяется тепловой расцепитель защищающий цепь от перегрузки.

Примечание: В соответствии с требованиями ПУЭ бытовые электросети должны быть защищены как от коротких замыканий, так и от перегрузки, поэтому для защиты домашней электропроводки следует применять автоматы именно с комбинированным расцепителем.

Автоматические выключатели делятся на однополюсные (применяются в однофазных сетях), двухполюсные (применяются в однофазных и двухфазных сетях) и трехполюсные (применяются в трехфазных сетях), так же бывают четырехполюсные автоматические выключатели (могут применяться в трехфазных сетях с системой заземления TN-S).

Автоматический выключатель предназначен для защиты кабелей и проводов подключенной к нему линии, а также электроприборов от короткого замыкания и перегрузки.

Устройство автоматического выключателя

В конструкцию автоматического выключателя входит:

1.Корпус автоматического выключателя.
Он изготовлен из ПХВ пластика пониженного горения. Имеет специальные крепления для монтажа

2.Рычаг управления.
Рычаг управления предназначен для включения- отключения автоматического выключателя, а следовательно участка цепи, на котором он установлен.

3.Клеммы для подключения питающего провода и провода отходящего на участок цепи.

4.Силовые контакты.

5.Механизм взвода и расцепления.
Взаимосвязан с рычагом управления.

6.Электромагнитный расцепитель.
Он обеспечивает защиту от короткого замыкания (представлен в виде электромагнита с подвижным сердечником, который работает как толкатель и срабатывает при токах короткого замыкания.

7.Тепловой расцепитель.
Обеспечивает защиту от перенагрузки цепи, которую защищает автомат. ( Представляет собой биметаллическую пластину, которая при заданных токах изгибается и приводит в действие механизм расцепителя.

8.Дугогасительная камера.
Благодаря ей происходит гашение дуги, которая образуется при размыкании контактов. Здесь же имеется канал для отвода газов.

9.Регулировочный винт теплового расцепителя.
Он обеспечивает регулировку тока срабатывания теплового расцепителя.

Принцип работы автоматического выключателя

При включении рычага управления происходит взвод механизма , а также коммутация контактов.

Ток протекает от питающего провода, который подключен к зажиму автомата. Далее к неподвижному контакту, через подвижный контакт, катушку электромагнита (соленоида), биметаллическую пластину и через нижний винтовой зажим на нагрузку.

Если возникло короткое замыкание за выключение нагрузки отвечает электромагнитный расцепитель. При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает. Ток,протекающий через катушку расцепителя естественно тоже возрастает. В катушке возникает сильное магнитное поле, приводящее в движение якорь, который надавливает на рычаг спускового механизма, что приводит к его срабатыванию и отключению нагрузки.

Следует отметить, что электромагнитное поле возникает мгновенно, поэтому автомат успевает отключиться до появления нежелательных последствий.

Во время размыкания контактов возможно возникновение дугового разряда. Дуга направлена в сторону дугогасительной камеры. При попадании в камеру дуга разделяется, завлекается внутрь её и затухает.

Продукты горения дуги и избыточное давление сбрасываются через специальное отверстие в корпусе автомата.

Тепловой расцепитель отвечает за защиту от перегрузки . При превышении тока свыше номинального происходит нагрев биметаллической пластины. Она начинает изгибаться и надавливает своим кончиком на рычаг спускового механизма. Так происходит отключение автомата.

В отличие от электромагнитного расцепителя тепловой расцепитель более медлителен и не способен срабатывать за долю секунды.

Маркировка и характеристики автоматических выключателей.

ВА47-29 — тип и серия автоматического выключателя

Номинальный ток — максимальный ток электрической сети при котором автоматический выключатель способен длительно работать без аварийного отключения цепи.

Номинальное напряжение — максимальное напряжение сети на которое рассчитан автоматический выключатель.

ПКС — предельная отключающая способность автоматического выключателя. Данная цифра показывает максимальный ток короткого замыкания который способен отключить данный автоматический выключатель сохранив при этом свою работоспособность.

В нашем случае ПКС указан 4500 А (Ампер), это значит что при токе короткого замыкания (к.з.) меньшем, либо равном 4500 А автоматический выключатель способен разомкнуть электрическую и остаться в исправном состоянии, в случае если ток к.з. превысит данную цифру возникает возможность оплавления подвижных контактов автомата и их привариванию друг к другу.

Характеристика срабатывания — определяет диапазон срабатывания защиты автоматического выключателя а так же время за которое это срабатывание происходит.

Например в нашем случае представлен автомат с характеристикой «C» его диапазон срабатывания от 5·I_н до 10·I_н включительно. (I_н— номинальный ток автомата), т.е. от 5*32=160А до 10*32+320, это значит что наш автомат обеспечит мгновенное отключение цепи уже при токах 160 — 320 А.

4. Выбор автоматического выключателя

Выбор автомата осуществляется по следующим критериям:

— По количеству полюсов: одно- и двухполюсные применяются для однофазной сети, трех- и четырехполюсные — в трехфазной сети.

— По номинальному напряжению: Номинальное напряжение автоматического выключателя должно быть больше либо равно номинальному напряжению защищаемой им цепи:

U_{ном. АВ}⩾ U_{ном. сети}

— По номинальному току: Определить необходимый номинальный ток автоматического выключателя можно одним из четырех следующих способов:

1. Рассчитать самостоятельно по следующей методике:

Номинальный ток автоматического выключателя должен быть больше либо равен расчетному току защищаемой им цепи, т.е. тому току на который рассчитана данная электрическая сеть:

I_{ном. АВ}⩾ I_{расч. сети}

Расчетный ток электрической сети (I_{расч. сети}) можно определить с помощью нашего онлайн калькулятора, либо рассчитать его самостоятельно по формуле:

I_{расч. сети}=P_сети/(U_сети*K)

где: P_сети — мощность сети, Ватт; U_сети — напряжение сети (220В или 380В); K — коэффициент (Для однофазной сети: K=1; Для трехфазной сети: K=1,73).

Мощность сети определяется как сумма мощностей всех электроприемников в доме:

P_сети=(P₁+ P₂…+ P_n)*К_с

где: P₁, P₂, P_n — мощности отдельных электроприемников; К_с — коэффициент спроса (К_с=от 0,65 до 0,8) в случае если в сеть подключается всего 1 электроприемник или группа электроприемников которые включаются в сеть одновременно К_с=1.

В качестве мощности сети так же можно принять максимальную разрешенную к использованию мощность, например из технических условий, проекта или договора электроснабжения при их наличии.

После расчета тока электросети принимаем ближайшее большее стандартное значение номинального тока автомата : 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А и т.д.

ПРИМЕЧАНИЕ: Кроме описанного выше способа существует возможность упрощенного расчета автоматического выключателя, для этого необходимо:

1. Определить мощность сети в килоВаттах (1 килоВатт=1000Ватт) по формуле приведенной выше:

2. Определить ток сети умножив рассчитанную мощность сети на коэффициент перевода (К_п) равный: 1,52 -для сети 380 Вольт или 4,55 — для сети 220 Вольт:

I_сети=P_сети*К_п, Ампер

3. На этом все. Теперь как и в предыдущем случае полученное значение тока сети округляем до ближайшего большего стандартного значения номинального тока автомата.

И в завершении выбираем характеристику срабатывания (см. таблицу характеристик выше). Например если нам нужно поставить автомат для защиты электропроводки всего дома выбираем характеристику «C», если электроосвещение и розеточная группа разделены на два разных автомата, то для освещения можно установить автомат с характеристикой «B», а на розетки — с характеристикой «C», если необходим автомат для защиты электродвигателя — выбираем характеристику «D».

Приведем пример расчета: Имеется дом в котором есть следующие токоприемники:

• Стиральная машина мощностью 800 Ватт (Вт) (что равно 0,8кВт)
• Микроволновая печь — 1200Вт
• Электродуховка — 1500 Вт
• Холодильник — 300 Вт
• Компьютер — 400 Вт
• Электрочайник — 1200Вт
• Телевизор — 250Вт
• Электроосвещение — 360 Вт

Напряжение сети: 220 Вольт

Коэффициент спроса примем равным 0,8

Тогда мощность сети будет равна:

Переводим P_сети из Ватт в килоВатты, для этого полученное значение мощности делим на 1000:

Определяем ток сети по упрощенной схеме с помощью коэффициента перевода:

Округляем полученное значение тока до ближайшего большего стандартного значения номинального тока автомата. Выбираем автоматический выключатель с номинальным током 25 Ампер и характеристикой «C».

Правила выбора и монтажа

Выключатель выбирают на основании его технических характеристик. Учитывают рабочие параметры уже действующих схем электрических сетей. Выбор осуществляется исходя из максимальных показателей рабочих режимов сети.

Номинальное напряжение должно быть равным или большим, чем номинальное напряжение электрической сети. Выбор по длительному рабочему току производится исходя из максимально возможных параметров. Уставки защит обоснуются расчетами работы при наиболее тяжелых режимах.

Установка вакуумного выключателя проводится с соблюдением всех требований, указанных в нормативно-технической документации, с учетом организационных и технических мероприятий для безопасных работ.

Перед началом монтажа выключателя необходимо убедиться в комплектности и отсутствии дефектов путем внешнего осмотра. При обнаружении на поверхности изоляторов сколов или трещин установка оборудования не допускается.

После проверки внешние поверхности очищаются ветошью без ворса. При этом уделяется особое внимание очистке изоляции полюсов выключателя. Перед установкой коммутационного аппарата проверяется работоспособность и целостность схемы вторичных цепей путем включения и отключения выключателя.

Для чего предназначен и где применяется

Данный тип автоматов может быть использован как на промышленных предприятиях, так и в частных квартирах. Это возможно благодаря разнообразию их габаритов и различному весу устройств. Они могут быть не только минимальных размеров (квартирные автоматы), но и достаточно больших (выкатного типа), которые оснащены контроллером параметров.

Используют их для защиты электрических приборов и высоковольтных линий передач от повышенного потребления тока и короткого замыкания. Это достигается путем определения количества тока, который протекает через автомат.

Конструкция автоматических воздушных выключателей достаточно проста, что делает их очень популярными и востребованными на рынке коммутационных устройств.

Среди его преимуществ можно назвать мгновенное отключение сети, оснащение внутренними механизмами защиты и повышенную устойчивость к перепадам температуры, которая возникает из-за амплитуды мощности тока.