При эксплуатации бытовой и промышленной электрической сети всегда существуют риски получения электротравм или повреждения оборудования. Они могут возникнуть в любой момент при появлении критических режимов. Снизить такие последствия позволяют защитные устройства. Их применение значительно повышает безопасность пользования электроэнергией.

Защиты электрической схемы работают на основе:

• предохранителя;

• механического автоматического выключателя.

Принцип работы и устройство предохранителя

Два гениальных ученых Джоуль и Ленц одновременно установили законы взаимных связей между величиной проходящего тока в проводнике и выделением теплоты из него, выявив зависимости от сопротивления цепи и длительности промежутка времени.

Закон Джоуля Ленца

Их выводы позволили создать самые простые защитные конструкции, основанные на тепловом воздействии тока на металл провода. У электрических предохранителей используется тонкая металлическая вставка, через которую пропускается полный ток схемы.

При номинальных параметрах передачи электроэнергии эта «проволочка» надежно выдерживает тепловую нагрузку, а с превышением ее значений сверх нормы — перегорает, разрывая цепь и снимая напряжение с потребителей. Чтобы восстановить работоспособность схемы необходимо заменить перегоревший элемент: плавкую вставку.

Она хорошо видна на конструкциях предохранителей для бытовой теле и радиоаппаратуры со стеклянными, прозрачными корпусами вставок.

Предохранители для бытовой радиоаппаратуры

На ее концах смонтированы специальные металлические площадки, создающие электрический контакт при установке в гнезда. Этот принцип воплощен в электрических пробках с плавкими вставками, много десятилетий защищавших наших родителей и старшие поколения от повреждений в электрической проводке.

Обыкновенные и автоматические предохранители для старой проводки

По такой же форме были разработаны автоматические конструкции, которые вкручивались в гнезда вместо пробок. Но они при срабатывании не нуждались в замене составных частей. Для восстановления электроснабжения достаточно утопить кнопку внутрь корпуса.

Такими способами защищались старые электрические ввода в квартиру. Затем наряду с предохранителями стали появляться автоматические выключатели .

Защита ввода в квартиру

Выбор предохранителя основан на учете:

• номинальных величин токов самого предохранителя и его вставки;

• коэффициентов минимальной/максимальной кратности испытательного тока;

• предельного отключаемого электротока и возможности разрыва транспортируемой мощности;

• защитной характеристики плавкой вставки;

• номинального напряжения предохранителя;

• соблюдения принципов селективности.

Электрические характеристики предохранителя

Предохранители обладают простой конструкцией. Они широко используются в электроустановках, включая высоковольтное оборудование до 10 кВ, например, в защитах измерительных трансформаторов напряжения.

Промышленные высоковольтные предохранители

Принцип работы и устройство автоматического выключателя

Назначением механического коммутационного аппарата, называемого автоматическим выключателем, является:

• включение, пропускание, отключение токов при нормальном режиме цепи;

• автоматическое снятие напряжения с электроустановки при аварийных режимах, например, токах металлических коротких замыканий. Автоматические выключатели работают в режимах многоразовых защит от КЗ и перегрузок. Возможность многократного использования считается их основным отличием от предохранителя.

Во времена СССР в энергетике широко использовались автоматические выключатели серий АП-50, АК-50, АК-63, АО-15.

Выключатели серии АП-50

Автоматические выключатели на панелях РЗА

Читайте также: Как работает релейная защита и автоматика (РЗА)

В современных электрических схемах работают усовершенствованные конструкции зарубежных и отечественных производителей.

Современные автоматические выключатели

Все они заключены в диэлектрические корпуса, имеют общие исполнительные органы, обеспечивающие:

1. тепловое расцепление цепи при небольшом превышении допустимого значения тока;

2. электромагнитную отсечку при резких бросках нагрузки;

3. дугогасящие камеры;

4. контактные системы.

В случае нагрева энергией выделяемого тепла работает биметаллическая пластина, изгибающаяся от температурного воздействия до приведения в работу механизма расцепления. Эта функция зависит от количества выделенной теплоты и растянута по времени до определенного момента.

Отсечка действует максимально быстро от срабатывания электромагнитного соленоида с возникновением электрической дуги. Для ее гашения применяются специальные меры.

Усиленные контакты рассчитаны на многократные разрывы максимальных токов КЗ в цепи .

Эксплуатационные отличия автоматических выключателей от предохранителей

Защитные свойства обоих методов проверены временем, причем каждый способ требует анализа конкретных условий эксплуатации при оценке стоимости конструкции с учетом длительности и надежности работы.

Предохранители проще устроены, отключают схему одноразово, дешевле. Ими можно снимать напряжение вручную, но это, как правило, не очень удобно. К тому же при незначительных превышающих токах они долго отключают нагрузку. Этот фактор может служить поводом повышенной пожарной опасности.

Любой предохранитель защищает всего одну фазу сети.

Автоматические выключатели сложнее, дороже, более функциональны. Зато они точнее настраиваются под уставки защищаемой электросхемы, подбираются по рабочему расчетному току с учетом коммутируемых мощностей.

Корпуса современных автоматов из реактопластов обладают повышенной устойчивостью к термическому воздействию. Они не плавятся, стойки к воспламенению. Для сравнения: полистирольный корпус старых выключателей мог противостоять температурам не выше 70 градусов.

Конструктивное исполнение позволяет подбирать модели для одновременного размыкания от одной до четырех электрических цепей. Если в трехфазной цепи использовать предохранители, то они будут снимать напряжение со схемы с разными выдержками времени, что может стать дополнительной причиной развития аварии.

Предохранители работают от тока, без учета его характеристик. Автоматические выключатели подбирают под нагрузку и классифицируют буквами:

• А — электросети увеличенной протяженности;

• В — освещение коридоров и площадок;

• С — силовые и осветительные системы с умеренными пусковыми токами;

• D — преобладающие нагрузки от включения электродвигателей с большими пусковыми параметрами;

• К — индуктивные печи и электрические сушилки;

• Z — электроника.

Смотрите также: Характеристики автоматических выключателей

Преимущества выключателей очевидны:

• надежность;

• быстрое время отключения аварий;

• разнообразие конструкций;

• большее количество защитных функций;

• способность коммутации нескольких участков;

• снижение пожарной опасности;

• простота ручных коммутаций;

• удобный монтаж.

Именно поэтому автоматические устройства популярны.

Однако наука постоянно развивается и преподносит новые технические решения. Например, компания Murller стала массово выпускать современные предохранители-выключатели-разъединители с большим набором возможностей.

Современные предохранители-выключатели-разъединители компании Murller

Даже их название говорит о многообразии функций новых устройств.

Поэтому выбирая защиту для электросхемы, анализируйте конструкцию понравившейся модели и ее возможности с учетом индивидуальных особенностей ваших электрических потребителей при минимальных издержках.