Принцип работы и конструкция
Дифференциальный автомат обеспечивает защиту электрической проводки на объекте и от короткого замыкания, и от перегрузки, а также и от дифференциальных токов. Установив вместо начального автомата дифавтомат, можно практически обезопасить и себя, и электропроводку в доме.
При изготовлении корпуса дифавтоматов используется диэлектрический материал. Конструктивно они выглядят похоже на УЗО или автоматический выключатель, только имеют большие размеры. Снизу присутствует защёлка для установки на DIN-рейку.
Дифференциальный автомат — это устройство, способное работать в режиме УЗО или как обычный автоматический выключатель. Для подключения устройства к электрической сети необходимо взвести управляющий переключатель в положение «включено». Устройство имеет клеммы под зажим, предназначенные для подключения входной и выходной линий.
Дифавтомат состоит из двух частей. Первая часть, защитная, не что иное как модуль дифференциальной защиты. Главная его задача — проведение анализа тока утечки (дифференциальный ток). Вторая часть, выключатель, используется для механического разрыва линии электропередачи, при появлении нештатных ситуаций. Рассмотрим принцип работы на примере дифференциального автомата АВВ.
Защитная часть работает по принципу УЗО. Главным элементом является трансформатор, он состоит из тороидального сердечника с двумя обмотками. Протекая по цепи в прямом и обратном направлении, ток создаёт в каждой обмотке своё переменное магнитное поле, магнитные потоки которых равны по величине, но различны по направлению. В результате чего результирующий магнитный поток в сердечнике равен нулю.
Если где-то на электрической линии происходит нарушение изоляционного слоя или корпус оборудования находится под разностью потенциалов, в этих местах при касании происходит утечка тока. В результате нарушается уравновешенность магнитных потоков и под воздействием поля во вторичной обмотке наводится электродвижущая сила (ЭДС). При появлении ЭДС возникает ток, воздействующий на реле, подключённое к силовым контактам.
Для проверки этой части устройства на лицевую поверхность выводится кнопка, которая имитирует появление тока утечки. Обычно она маркируется как «Тест». Если её нажать, электрическая цепь разорвётся. Производители рекомендуют проводить проверку устройства не реже одного раза в месяц.
Вторая часть работает следующим образом. Ток подводится к катушке соленоида, а с неё на биметаллическую пластину. Пластина имеет вид полоски из двух спрессованных металлов с отличающимися коэффициентами теплового линейного расширения. Пластина и соленоид называются расцепителями. Существует два условия, при которых автоматический выключатель рассоединит электрическую цепь: перегрузка и короткое замыкание.
В режиме перегрузки выключение происходит с помощью биметаллической пластинки, способной изгибаться под действием тепла. При возрастании потребляемой мощности растёт ток. В результате пластинка нагревается, меняет форму и разрывает контакт. Соответственно, разрывается и электрическая цепь. Величина тока, при котором пластина разрывает контакт, настраивается на заводе изготовителе.
В режиме короткого замыкания используется принцип соленоида. При увеличении магнитного поля приводится в движение соленоид, который и разрывает электрическую цепь. Для рассевания искры, которая возникает при разрыве цепи, в конструкции используется дугогасящая камера. Рассеивающая её на параллельно стоящих в ней пластинах.
Таким образом можно отметить основные части конструкции:
- токовые клеммы;
- расцепитель:
- рычаг управления;
- регулировочный винт расцепителя;
- дугогасящая камера;
- магнитоэлектрические реле;
- дифференциальный трансформатор.
Устройство защитного отключения выпускается либо электромеханическое, либо электронное. Отличие их в том, что первый тип не требует дополнительного питания, так как ток для срабатывания реле берётся из промышленной сети. Трансформатор для получения требуемой величины силы тока делается большим, соответственно и сам автомат имеет крупнее габариты, чем электронный. Электронные устройства дополняются усилителем для сигнала, регистрируемый ток утечки, проходя через него, увеличивает своё значение.
Такой конструктив характерен не только для дифавтомата abb, но и для других производителей.
Номинальное значение и класс дифавтомата
Эти показатели отвечают на вопросы:
- Как быстро сработает дифавтомат при перегрузке?
- При каком значении тока сработает дифавтомат?
На рынке можно встретить классы А,В,С,D. А – самый быстрый, D – самый долгий. Для бытового использования применяют в основном класс В и класс С. Почему так? Если Вы поставите автомат класса А в квартире (хотя стоит он в разы дороже В и С), то каждый раз когда Вы будете включать пылесос, дифавтомат будет срабатывать. Это связано с тем, что при запуске пылесоса, ток в сети резко возрастает на короткий период времени. Но класс А очень чувствительный и поэтому тут же сработает.
Если поставите класс D – устройство будет реагировать не достаточно оперативно.
Что касается номинального значения, то тут все зависит от Ваших задач.
Кнопка “Тест”
Должна присутствовать на всех дифавтоматах. Осуществляет имитацию утечки тока. Производители рекомендуют нажимать ее хотя бы раз в три месяца.
Тип срабатывания дифавтомата
Данная характеристика означает, на какие токи реагирует дифавтомат.
Тип А – такое устройство реагирует на переменный и импульсный ток. Стоит в разы дороже типа АС. Иногда производители стиральных машин рекомендуют устанавливать такие устройства на линию стиралки. Причина этому – стиральная машина как раз создает импульсный ток (то есть ток, то нет).
Тип АС – самый популярный вариант. Реагирует на переменный ток.
Тут все просто – если нет специальных инструкций или устройств – устанавливайте дифавтоматы типа АС.
Ток утечки
Данный показатель означает насколько чувствителен дифавтомат. Как правило, используют дифавтоматы с утечкой 30мА (миллиампер). Такая учтена оптимальна для защиты человека – не слишком чувствителен для ложных срабатываний, но достаточно чувствителен, чтобы защитить человека от удара током. НАмного реже можно встретить дифавтоматы на 10, 100 и 300 мА. Полагаем, что это связано со спросом на устройства.
Тип устройства дифавтомата
Данная характеристика означает, каким образом реагирует дифавтомат на утечку тока. Тут можно выделить две основных категории
Электромеханические дифавтоматы. Самый популярный вариант. Как правило, стоят дороже электронных. Такие дифавтоматы срабатывают на утечку вне зависимости от наличия напряжения в сети. Считаются более надежными решениями.
Электронные дифавтоматы. Такой тип устройства реагирует только при наличии напряжения в сети. Это означает, что при обрыве нуля дифавтомат не будет защищать от утечки тока. Такие дифавтоматы представлены в сериях Legrand RX и Schneider Easy9.
Для того, чтобы понять, какой тип дифавтомата перед Вами, необходимо изучить схему.
У электронных дифавтоматов на схеме работы всегда изображена плата с усилителем в виде треугольника (это условное обозначение усилителей по ГОСТу).
Мы рекомендуем использовать электромеханические дифавтоматы. Они более надежны и стоят ненамного дороже электронных.
Отличия УЗО от дифавтомата
Итак, посмотрим, чем же отличаются УЗО и дифавтоматы.
Функциональность
С этим вроде бы всё ясно: УЗО защищает только от утечки тока, а дифавтомат — и от утечки, и от превышения силы тока сверх допустимой (перегрузка или короткое замыкание).
Внешний вид
Более интересный вопрос — как отличить один прибор от другого визуально? Оба они довольно похожи, в частности, и тот и другой имеют кнопку «TEST» (проверка работоспособности модуля УЗО). Размеры также, скорее всего, ни о чём не скажут: если раньше дифавтоматы всегда были больше УЗО, то сегодня они либо имеют те же габариты, либо даже являются более компактными. К примеру, УЗО серии ВД1–63 и дифавтомат серии АВДТ32 бюджетного российского производителя — компании IEK — выглядят практически одинаково.
Современные модели УЗО и дифавтоматов одного производителя выглядят очень похоже
Что ж, давайте присмотримся повнимательнее.
Название
В первую очередь, разумеется, следует посмотреть на название, если, конечно, оно прописано на корпусе. На УЗО могут написать «УЗО» или «Выключатель дифференциального тока», но чаще всего изображают аббревиатуру «ВД» — выключатель дифференциальный.
Большинство производителей начинают маркировку своих устройств защитного отключения буквами «ВД»
Полное название дифавтомата звучит так: автоматический выключатель, управляемый дифференциальным током. Соответственно, на корпус подобного прибора обычно наносится аббревиатура «АВДТ».
На дифавтоматы обычно наносится аббревиатура «АВДТ»
Схема на корпусе
Этот идентификатор является универсальным, так как помогает разобраться даже в том случае, если название написано на иностранном языке либо вовсе отсутствует. На каждом приборе схематично отображается его устройство, так что при наличии некоторого опыта распознать его не составит труда:
УЗО — схема аппарата будет зависеть от его разновидности. На самом простом, электромеханическом УЗО пользователь увидит минимальный набор компонентов: овальный элемент обозначает самую важную часть — дифференциальный трансформатор. Отображается и подключение кнопки «TEST».
У электронного УЗО на схеме будет видно дополнительный элемент — плату усилителя, которая обычно обозначается треугольником. Как видно, к усилителю подведено питание.
- На корпусе дифавтомата будет изображён один из вариантов схемы УЗО, а в дополнение к нему — обмотки расцепителя.
Схема на корпусе дифавтомата включает в себя дифференциальный трансформатор, кнопку «ТЕСТ» и расцепители — электромагнитный и тепловой
Маркировка (номинальный ток)
Номинальный ток — это максимальная сила тока, которую прибор может пропускать через себя длительное время. Эта характеристика обязательно указывается на каждом приборе, но несколько по-разному:
на УЗО пишут только число, например, «16 А»;
на дифавтомате перед числом стоит литера, например, «С16 А».
Буква перед значением номинального тока на корпусе дифавтомата обозначает характеристику (отключающую способность) его расцепителей. На бытовых моделях обычно можно видеть литеры «В» (для цепей без индуктивной нагрузки, как правило, осветительных), «С» и «D» (могут выдерживать пусковые токи, характерные для сетей с подключёнными электродвигателями).
Бывают также дифавтоматы с буквами «А» (для сетей с большой длиной проводников), «К» (применяются, если почти вся нагрузка — 80% — является индуктивной) и «Z» (для слаботочных сетей, где недопустимы даже кратковременные перегрузки). В основном они используются в промышленности.
Как устроены 3 защиты дифавтомата
Дифавтомат представляет собой автоматический выключатель и устройство защитного отключения (УЗО), собранные в одном корпусе.
В дифференциальном автомате защита от перегрузки
выполняется в виде биметаллической пластины, по которой течет ток. Он вызывает нагрев пластины и та деформируется. Чем больше ток, тем сильнее и быстрее происходит деформация пластины. В случае достижения порогового значения деформация биметалла приводит к срабатыванию отключающего механизма.
Токовая отсечка в автоматических выключателях реализуется в виде электромагнита. Тут все просто — если в цепи возникло короткое замыкание, то ток короткого замыкания втягивает сердечник в катушку и происходит отключение выключателя.
Ниже на рисунке показано устройство тепловой защиты и отсечки.
Рис. 4. Устройство максимальных токовых защит дифференциального автомата
Внимание! В модульных АД отсечка и тепловое реле встраиваются только в фазные модули. Поэтому при подключении к дифавтомату питающих проводов необходимо следить, чтобы нулевые проводники были подключены к клеммам, помеченным буквой «N». На следующем рисунке схематически показан принцип работы дифзащиты
На следующем рисунке схематически показан принцип работы дифзащиты.
Рис. 5. Схема дифференциальной защиты
Основными элементами дифзащиты являются измерительный трансформатор и исполнительный механизм. В качестве исполнительного механизма обычно применяется реле с двумя устойчивыми положениями (поляризованное реле). Трансформатор сравнивает токи в нулевом и фазном проводе. В случае если они не равны, на дополнительной катушке трансформатора появляется напряжение, вызывающее срабатывание реле, которое связано с механизмом отключения выключателя.
Для проверки работы дифзащиты в УЗО и дифавтоматы встраивают кнопку «Тест» и небольшой резистор. С их помощью можно имитировать утечку. Исправный аппарат, подключенный к сети, при нажатии тестовой кнопки должен отключиться. Нормативные документы предписывают проводить подобную проверку не реже одного раза в квартал.
Для любознательных
. Устройства вызывающие автоматическое отключение защитных аппаратов специалисты называютрасцепителями . Про дифференциальный автомат можно сказать, что в него встроен тепловой, электромагнитный и дифференциальный расцепитель.
Критерии выбора дифавтомата
Дифференциальные автоматические выключатели выпускаются в двухполюсном и четырехполюсном исполнении. Первые применяются в однофазной сети, вторые – трехфазной
Выбирая дифференциальный выключатель, обращают внимание на номинал автомат
,тип защитной характеристики и науставку дифзащиты . Все эти данные указываются на лицевой панели защитного аппарата.
Рис. 6. Обозначения на передней стороне дифавтомата На рисунке видна надпись «С 16». Она означает, что мы имеем дело с дифавтоматом с номинальным током 16А и защитной характеристикой типа «С». Надпись I∆n>30mA обозначает величину уставки защиты от тока утечки.
На передней панели также видна электрическая схема дифавтомата. На ней схематически изображен дифференциальный трансформатор в виде овала, электронное реле с электромагнитом (треугольник и прямоугольник). На фазном проводе, который помечен цифрой 2, изображены электромагнитный и тепловой расцепитель. (выступы в виде дуги и прямоугольника).
Номинал защитного аппарата должен соответствовать номинальному току нагрузки. Его можно узнать из паспорта или рассчитать по мощности. Для однофазной нагрузки расчетная формула выглядит так:
I=P/U
Для трехфазной цепи применяют следующую формулу:
I=P/3U
Где P—
мощность;U – напряжение;I – ток.
Что касается дифференциального расцепителя. Для защиты людей в сырых помещениях (кухни, ванные, подвалы) выбирают уставку 10мА. В остальных случаях можно применять автоматы с уставкой 30мА.
Если дифавтомат применяется для защиты от пожара, то выбирают уставку 100мА или 300мА.
Выбирая автомат для бытового применения можно остановиться на защитной характеристике типа «С». Она хорошо подходит для большинства типов нагрузок. Если нужно защитить электродвигатель, например деревообрабатывающий станок, то выбираем АД с защитной характеристикой типа «D».
Дифавтомат может сработать от одной из трех защит. Поэтому желательно приобретать выключатели с индикаторами (светодиоды, флажки) указывающими от чего произошло отключение.
Электронный или электромеханический
Для выбора подходящей модели в первую очередь нужно определиться с тем, какой тип автомата подобрать: традиционный электромеханический или более современный электронный. Правильному выбору поможет знакомство с особенностями каждого из этих исполнений.
Электромеханические автоматы
Электромеханический автомат Эти модели энергонезависимы, то есть сохраняют свою функциональность даже в отсутствие электричества. В отличие от них электронные модели могут работать только при наличии напряжения питания, расходуемого на собственные нужды.
В первых образцах за отключение и формирование полезных сигналов «ответственны» следующие электрические и механические узлы:
- электромагнитные прерыватели цепи;
- тепловые расцепители;
- индуктивные катушки, выделяющие дифференциальный ток;
- электромагнитные реле и другие модули.
Все эти элементы не имеют никакого отношения к электронным схемам и работают за счет собственных энергетических резервов. Для срабатывания дифавтомата этого класса достаточно тока утечки или КЗ в обслуживаемой линии.
Электронный вариант
Дифавтомат с электронным блоком дифференциальной защиты Электронные устройства нуждаются в дополнительном электропитании и имеют большее быстродействие в сравнении с их электромеханическими аналогами. За выделение дифференциальных токов и выработку управляющих сигналов в них «ответственна» электронная схема, собираемая обычно на микропроцессоре или на транзисторах.
Электронной эту схему называют условно, поскольку в ней все равно присутствуют электрические узлы.
Для выделения токов утечки в этих устройствах применяется дифференциальный трансформатор электромагнитного типа, а для отключения силовой цепи используется реле того же класса.
Принцип действия
Данные устройства, как правило, изготавливаются из диэлектрических материалов (практически не проводящих ток). Рабочая часть дифференциального оборудования состоит из рейки сброса, которая обеспечивает внешнее отключение, и механизма, выполняющего независимое расцепление. На защитную часть возложено выявление утечки электрического тока и последующее отключение питания путем сброса выключателя.
Помимо этого в конструкцию входят расцепители: электромагнитный и тепловой. Последний срабатывает при обнаружении перегрузки в сети, первый в случае замыкания отключает линию.
Фактами утечек занимается трансформатор, который фиксирует в проводниках, которые подают питание защищаемой группе, изменения напряжения. Расцепление автомата происходит при обнаружении утечки – присутствии во вторичной обмотке тока.
Группа включения-выключения
Устройство включения/отключения представляет собой систему рычагов и пружин, которая обеспечивает быстрое срабатывание (замыкание/размыкание контактов) независимо от скорости перевода рычага автомата в ручном режиме в положение включено/выключено.
При срабатывании расцепителей оно также быстро размыкает контакты. Это необходимо для того, чтобы избежать образования дуги и преждевременного выгорания контактов. Конструкция устройства такова, что при любом состоянии дифференциального автомата, переключение происходит за счет энергии заранее взведенной пружины.
Работа дифавтомата
Устройство дифавтомата со стороны УЗО
В нормальном режиме ток в дифавтомате протекает от фазного провода или жилы кабеля, подключающегося сверху к винтовому зажиму клеммы «1», к катушке соленоида, а затем по неподвижному и подвижному контактам, через гибкую связь, биметаллическую пластину и провода первичной обмотки трансформатора, после чего возвращается на нижний фазный винтовой зажим клеммы «2» дальше через жилу кабеля к нагрузке. В обратном направлении ток протекает от нагрузки через жилу кабеля, подключенного к нижней клемме «N», через гибкую связь к подвижному контакту, по неподвижному контакту, по виткам нулевого провода первичной обмотки трансформатора к верхней клемме N дифавтомата.
Срабатывание электромагнитного расцепителя
При возникновении короткого замыкания отключить нагрузку должен электромагнитный расцепитель. Если ток, протекающий через обмотку, в достаточной мере превышает ток номинальный, в катушке мгновенно возникает сильное магнитное поле. Оно приводит в движение якорь. А тот в свою очередь надавливает на рычажок спускового механизма, что приводит к его срабатыванию и отключению нагрузки. В результате дифавтомат успевает отключиться до появления нежелательных последствий.
Однако во время размыкания между подвижным и неподвижным контактами возможно возникновение дугового разряда, который движется в сторону дугогасительной камеры. Разряд, соприкасаясь с пластинами, разделяется и затухает. При этом избыточное давление и газовыделения, образованные вследствие горения дуги, через специальное отверстие в корпусе выходят наружу.
Срабатывание теплового расцепителя
Защиту от перегрузки обеспечивает тепловой расцепитель. В случае, когда через дифавтомат протекает ток, превышающий номинальное значение в 13-45 % (горячее и холодное состояние), биметаллическая пластина нагревается и постепенно начинает выгибаться. Изогнувшись под определенным углом, она надавливает на рычажок спускового механизма, и дифавтомат отключается.
Следует отметить, что для срабатывания теплового расцепителя требуется больше времени, чем для электромагнитного, но в то же время он более точен, поддается тонкой настройке.
В случае возникновения тока утечки, например, вследствие пробоя изоляции кабеля, в трансформаторе порождается магнитный поток, вызывающий напряжение на вторичной обмотке трансформатора. В свою очередь напряжение подается на поляризованное реле через выпрямительное устройство и при превышении предельного значения тока утечки приводит к срабатыванию дифавтомата.
Если заземление отсутствует, то дифавтомат не будет реагировать на ток утечки до того момента, пока в цепи не возникнет утечка на землю (например, если потребитель дотронется до металлического корпуса электроприбора). При таком касании возникнет разность токов, которая приведет к срабатыванию устройства.
Срабатывание токового реле
Дифавтомат имеет также кнопку «Тест», принцип действия которой заключается в том, что при ее нажатии подвижный контакт замыкает цепь, и ток начинает протекать от фазного к нулевому контакту через токоограничивающий резистор, который в свою очередь создает ток утечки и приводит к срабатыванию устройства. Если при нажатии копки «ТЕСТ» дифавтомат не выключился, это свидетельствует о его неисправности.
Мы рассказали об устройстве и принципе работы дифавтомата. Вы также можете посмотреть наше видео, в котором показано, как работают дифавтоматы. Кроме того, в данном видео вы можете увидеть, как выглядит дифавтомат изнутри.
Типичные ошибки при подключении дифференциальных автоматов
Имеет смысл обратить внимание читателей на те ошибки при установке дифавтоматов, которые допускаются довольно часто и приводят или к неработоспособности схемы, или даже к выходу прибора защиты из строя
Описание ошибки
Иллюстрация
Характерные симптомы
При подключении дифавтомата нарушено указанное расположение проводов ввода и выхода на нагрузку (если модель не отличается универсальностью в этом вопросе)
Оценка дифференциального тока проводится некорректно.
Бессистемное срабатывание, некорректная работа, отказ включаться.
Перепутано направление подключения проводов – фаза в одну сторону, ноль – в другую.
Вместо взаимной компенсации, магнитные потоки на сердечнике дифференциального трансформатора накладываются, и контрольная обмотка определяет дифференциальный ток даже тогда, когда его нет
Кнопка «тест» может работать нормально, но при включении нагрузки происходит мгновенное выключение АВДТ.
На каком-то участке схемы (неважно, каком) допущено объединение рабочего нуля с контуром заземления
Утечка тока заложена «по умолчанию». АДВТ вообще невозможно включить – сразу срабатывает защита.
Ноль на нагрузку пущен не из АВДТ, а с общей шины, расположенной по схеме выше дифавтомата
Оценка дифференциального тока некорректная
АДВТ включается, тест проходит нормально, но при включении нагрузки происходит моментальное срабатывание защиты.
После дифавтомата нулевой провод не идет непосредственно на нагрузку, а возвращается на общую нулевую шину. И только потом идет на линию нагрузки
Оценка дифференциального тока некорректная — по нулевому проводнику АВДТ ток практически не проходит.
Прибор включается, но тест не работает, а при попытке включить нагрузку мгновенно срабатывает защита
При использовании двух дифференциальных автоматов допущена ошибка – перепутаны нулевые провода разных линий
Оценка дифференциального тока на обеих линиях становится некорректной.
Дифавтоматы включаются, на прохождение теста реагируют нормально. Но любое подключение нагрузки хотя бы на одной линии приводит к срабатыванию защиты на обоих АВДТ.
Опять же при использовании двух (или более) дифференциальных автоматов – ниже по схеме допущено, ошибочно или намеренно, объединение нулей отдельных линий
Оценка дифференциального тока в обеих линиях выполняется некорректно.
АВДТ включаются, но при нажатии кнопки «тест» на любом из них – выключаются сразу оба. И при подключении нагрузки к любой линии сразу происходит срабатывание дифференциальной защиты на обоих приборах.
* * * * * * *
Итак, были рассмотрены устройство и классификация автоматических выключателей дифференциального тока, основные схемы их включения домашней или квартирной электросети, часто допускаемые ошибки при их коммутации.
Напоследок можно добавить, что дифавтоматы все же не пользуются особой любовью электриков. Многие мастера предпочитают обходиться установкой защиты, собираемой из УЗО и автоматических выключателей. Схема получается более гибкой и ремонтопригодной, а учитывая высокую стоимость АВДТ – еще и более рентабельной.
Подробнее об этом можно почитать в специальной статье нашего портала, которая так и называется – «Что лучше, УЗО или дифавтомат?»
