Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.

 

Категории: Избранные статьи » Интересные факты
Количество просмотров: 4226
Комментарии к статье: 0

Необычная история обычного автоматического выключателя


 
 

Эволюция защитного устройства: от времен Эдисона до наших дней

Автоматический выключатель настолько привычен для нас, что кажется – в нем нет ничего интересного. Но прежде чем выключатель обрел свой современный облик и поселился в каждом доме, в офисах, школах, торговых центрах и на предприятиях, он прошел долгую эволюцию.

Необычная история обычного автоматического выключателя

1836–1899 гг.

Первый автомат защиты линии изобрел американец Чарльз Графтон Пейдж. В 1838 г. он создал прерыватель – по сути, ртутный резервуар с контактным стержнем. При увеличении тока появлялось электромагнитное поле, заставляющее стержень подниматься из ртути. Цепь размыкалась, а когда магнитное поле исчезало, все элементы возвращались на свои места.

Позднее появились прообразы плавких предохранителей. Их устройство в 1880 г. запатентовал Томас Эдисон: плавкая вставка из фольги или проволоки помещалась в стеклянную колбу. Внешне предохранитель напоминал привычную нам лампочку, но при кажущейся примитивности обеспечивал разрыв сети при перегрузке: вставка сгорала – цепь размыкалась.

В конце XIX века появились рубильники с автоматической защитой от короткого замыкания. Первую модель создал русский изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Это был аппарат на пружинных контактах, которые во включенном состоянии удерживались защелкой. Под действием электромагнита она открывалась и приводила в действие отключающую пружину. Этот принцип оказался настолько эффективным, что используется в промышленных автоматических выключателях до сих пор.

Автомат Чарльза Графтона Пейджа

Автомат Чарльза Графтона Пейджа

1900–1910 гг.

В начале ХХ века в Европе начался настоящий бум автоматических выключателей. На Всемирной выставке в Париже «Электрическое акционерное общество б. Шуккертъ в Нюрберге» представило трехфазный генератор с новым автоматическим выключателем.

Журнал «Электричество» в 1902 г. сообщал: «Вторичное включение выключателя, после того как он выпал из цепи, возможно только тогда, когда причина, произведшая короткое замыкание или другое повреждение, действительно устранена. Прибор очень чувствителен. Он функционирует всегда при одном и том же токе. Посредством особого винта прибор может быть поставлен на любое количество ампер до 2000».

В 1910 г. появился выключатель с двумя реле. Аппарат отключал сеть мгновенно лишь при больших перегрузках. Если же мощность в сети повышалась незначительно, выключатель срабатывал с регулируемой задержкой.

В этот же период изобретатели задумываются о том, как решить проблему электрической дуги, которая образуется при размыкании контактов и разрушает элементы автоматического выключателя. И Михаил Доливо-Добровольский изобретает дугогасительное устройство: металлическая решетка из изоляционного материала с узкими щелями гасит электрическую дугу за счет дробления на мелкие части.

Автоматические выключатели в начале XX века

Автоматические выключатели в начале XX века

1911–1920 гг.

В 1911 г. на выставке в Турине был представлен первый масляный автоматический выключатель. Французы продемонстрировали сразу два варианта: трехфазный на 25 кВ и однофазный на 45 кВ мощностью 10 кВА. Вводы, контактная и дугогасительная системы в таком выключателе помещались в заземленный резервуар с маслом, которое находилось под давлением. Емкость с маслом служила не только для гашения дуги, но и для изоляции токоведущих частей.

Простые, надежные и недорогие, эти автоматические выключатели имели и ряд существенных недостатков: могли взорваться, были пожароопасными и обладали весьма внушительными размерами.

В 1914 г. все тот же Доливо-Добровольский изобретает деионную решетку со специальными электромагнитами для втягивания электрической дуги в щель дугогасительной камеры. Технология помогает гасить дугу максимально эффективно. Принцип, примененный 105 лет назад, используется в автоматических выключателях до сих пор.

1921–1945 гг.

Немецкие инженеры Хуго Штоц и Генрих Шахтнер совершили революцию: они объединили тепловой и магнитный расцепители в единый блок многократного использования. В итоге аппараты стали защищать не только от перегрузок (как это делали их предшественники с одним тепловым расцепителем), но и от коротких замыканий. Теперь вставку не надо было менять после каждого срабатывания – достаточно было нажать кнопку и перезапустить выключатель.

Автоматический выключатель Хуго Штоца

Автоматический выключатель Хуго Штоца

Патент на изобретение немцы получили в 1924 г., а через четыре года на рынке появился первый в мире модульный автоматический выключатель, который без конструктивных изменений выпускался потом на протяжении почти 30 лет.

Реклама автоматических выключателей Хуго Штоца в 20-х - 30-х годах XX века

Реклама автоматических выключателей Хуго Штоца в 20-х - 30-х годах XX века

В 1930-е годы также появились дугогасительные камеры для гашения искр, которые возникают при срабатывании устройства, и контактные накладки из серебросодержащих материалов.

Как говорит Денис Никитин, инженер-эксперт IEK GROUP – одного из ведущих производителей и поставщиков электротехники и светотехники, в наше время чистое серебро при производстве автоматических выключателей не применяется из-за низкой температуры плавления и быстрого разрушения при горении дуги.

В современных устройствах используется сплав серебра с тугоплавким веществом (металлическим или неметаллическим) для повышения стойкости контактной группы. Например, в выключателях серии ВА47-29 и ВА47-100 IEK® используются напайки из серебросодержащего материала, который повышает износостойкость контактной группы и снижает переходное сопротивление. Соответственно, увеличивается срок службы автоматического выключателя, повышается его надежность.

Патент, полученный Хуго Штоцем на автоматический выключатель

Патент, полученный Хуго Штоцем на автоматический выключатель

Реклама выключателей Штоца на почтовых карточках

Реклама выключателей Штоца на почтовых карточках

 

1946–1975 гг.

В России развитие технологий шло по несколько иному пути. В послевоенное время повсеместно использовались выключатели АБ25. Расцепители в них стояли только тепловые, следовательно, эти аппараты надежно защищали лишь от перегрузок.

Короткие замыкания становились проблемой: электрическую сеть необходимо разомкнуть мгновенно, но биметаллической пластине теплового расцепителя, чтобы нагреться и сработать, нужно время. Ток короткого замыкания автоматический выключатель с таким расцепителем, конечно, отключал, но пожар в проводке мог начаться раньше.

Что касается дугогасительных камер советских выключателей 1950–1960-х гг., то они содержали небольшое количество пластин. Эффективность гашения дуги в таком случае невысока из-за малого дробления.

В дугогасительных камерах современных устройств пластин значительно больше, при этом инженеры стараются найти оптимальный баланс между увеличенным количеством пластин для эффективности дугогашения и компактностью автоматических выключателей.

Автоматические выключатели в середине XX века

Автоматические выключатели в первой половине XX века

Автоматический выключатель STOTZ-KONTAKT 1952 года выпуска

Автоматический выклбючатель STOTZ-KONTAKT 1952 года выпуска

Автоматический выключатель ABB

Автоматический выключатель ABB

Реклама автоматических выключателей в Германии в 70-х годах XX века

Реклама автоматических выключателей в Германии в 70-х годах XX века

1976–1991 гг.

В течение следующих 20 лет вектор развития автоматических выключателей в мире сместился в сторону улучшения характеристик, совершенствования дугогасительных и контактных систем, появления приводов. Но в нашей стране этот период ознаменован распространением выключателей АЕ1031.

Автоматический выключатель АЕ1031

Автоматический выключатель АЕ1031

Расцепитель у них был по-прежнему только тепловой, но было и принципиальное отличие – отсутствие дугогасительной камеры.

При срабатывании устройства его контакты расходятся на бо̀льшее расстояние, чем у аппаратов предыдущего поколения, и дуга гаснет. Подобные выключатели справляются со своей задачей и до сих пор встречаются в квартирных щитках жилых домов.

Выключатель АЕ1031 в разобранном виде

«Лучше заменить такой выключатель на современный, оснащенный электромагнитным расцепителем и дугогасительной камерой. Нагрузки значительно выросли и увеличились значения токов короткого замыкания, – поясняет Денис Никитин (IEK GROUP). – Чтобы обеспечить безопасность электрических сетей, от автоматических выключателей требуются надежное срабатывание и быстродействие. Современные аппараты срабатывают при коротком замыкании практически мгновенно – за 0,1 секунды».

Увеличенная дугогасительная камера автоматического выключателя ВА47-60 IEK®

Увеличенная дугогасительная камера автоматического выключателя ВА47-60 IEK®

Из 1990-х в наши дни

В 1990-е гг. Россия совершила колоссальный рывок в разработке и производстве автоматических выключателей, перенимая лучший опыт зарубежных компаний и внедряя собственные технологии, отвечающие на запросы внутреннего рынка.

Большинство современных отечественных выключателей имеют и тепловой, и электромагнитный расцепители, защищают сеть одновременно от перегрузок и коротких замыканий.

Для них производители выпускают дополнительные модули, расширяющие функциональные возможности автоматических выключателей.

Например, изобретены расцепители, которыми можно управлять дистанционно. Они позволяют размыкать цепь на расстоянии и незаменимы во время пожара, когда требуется отключить вентиляцию или открыть электромагнитный замок дверей, но доступа к щиту уже нет.

Современный ВА47-60М IEK®

Современный ВА47-60М IEK®

Импульс от системы пожарной охраны поступает на независимый расцепитель, и тот отключает автоматический выключатель. В качестве примера можно привести расцепитель РН47 с безвинтовым креплением с диапазоном рабочего напряжения 161–253 В, который используется для отключения одно-, двух-, трех- или четырехполюсного автоматического выключателя серий ВА47-29 и ВА47-100 IEK®.

Механическая износостойкость современных автоматических выключателей рассчитана не менее, чем на 20 000 циклов, а электрическая – не менее, чем на 6000. Столь внушительных показателей ведущим производителям удалось достичь благодаря специальной конструкции корпуса с улучшенной теплоотдачей и его дополнительной защите от прогорания из-за дуги (отвод тепла осуществляется за счет пластиковой и металлической пластин).

Продолжается и эволюция дугогасительных камер: в них увеличивается количество пластин, на выходе устанавливаются двойные искрогасящие решетки, которые повышают пожарную безопасность аппарата, препятствуя выбрасыванию продуктов горения дуги наружу.

Отдельно стоит сказать о вкладе отечественных производителей: в 2013 году российская компания IEK получила патент № 139886 на дугогасительную систему с увеличенным сроком службы за счет повышенной устойчивости к токам короткого замыкания. Запатентованной технологией оснащены все автоматические выключатели серии ВА47-29 IEK®.

Патент № 139886 на дугогасительную систему с увеличенным сроком службы

В современные аппараты все активнее внедряются системы автоматического регулирования характеристик (в зависимости от условий работы), прогнозируется все более широкое применение микропроцессоров для моделирования дуги и появление трехфазных автоматов с временем срабатывания 1 мс. Эволюция автоматического выключателя продолжается.

Материал подготовлен пресс-службой IEK GROUP





Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях:

ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Pinterest

Смотрите также на Электрик Инфо:

  • Про электрические аппараты защиты для "чайников": автоматические выключат ...
  • Автоматические выключатели серии А3700 ХЭМЗ
  • Устройство и принцип работы автоматического выключателя
  • Характеристики автоматических выключателей
  • Обзор автоматических выключателей

  •  
    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:
    Введите код: *

    Сайт электрика

    Новые статьи



    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Практическая электроника | Электротехнические новинки

    English French German Italian Portuguese Russian Spanish

    Copyright © 2009-2020 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный (информация о сайте и авторах статей)
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.