Устройство автоматического выключателя

Автоматический выключатель – это защитное устройство, предохраняющее электропроводку потребителя от действия коротких замыканий и перегрузок. Используется он и для нечастых включений или отключений нагрузки.

Автомат пришел на смену предохранителям с плавкими вставками однократного действия. Их защитное действие заключалось в перегорании плавкой вставки после короткого замыкания. После устранения замыкания вставку приходилось менять. Если причина замыкания не была обнаружена, вставка перегорала вновь. В этом – неудобство предохранителей. Второй их недостаток – отсутствие защиты от перегрузок по току.

Автоматические выключатели имеют коммутационный ресурс, но он исчисляется сотнями тысяч включений. Производителями выпускаются автоматы различных видов и назначения, но мы рассмотрим бытовую серию этих изделий. Это – модульные автоматические выключатели. Они имеют компактные размеры, устанавливаются на DIN-рейку и позволяют подключить провода и кабели сечением 16-25 мм².

Устройство автоматического выключателя: модульная конструкция

Слово «модульный» означает, что все элементы электрооборудования собираются из модулей стандартного размера. Ширина одного модуля – около 17 мм. Такую ширину имеет один полюс автоматического выключателя, рубильника, реле и других элементов, из которых собирается электрическая схема распределительного щитка.

Рассмотрим конструкцию одного полюса автоматического выключателя. Для изготовления корпуса используется материал, не поддерживающий горение, с высокой температурой плавления и стойкостью к действию электрической дуги.

Устройство автоматического выключателя: конструкция модульного автоматического выключателя

Внутри корпуса размещены подвижный и неподвижный контакты выключателя. При повороте рычага управления через механизм взвода и расцепления они соединяются и пропускают ток нагрузки. Для подключения проводов служат клеммы. Ток через выключатель идет по цепи:

верхняя клемма — неподвижный контакт – подвижный контакт – гибкий поводок – катушка электромагнитного расцепителя – нагревательный элемент теплового расцепителя – нижняя клемма.

При возникновении короткого замыкания срабатывает катушка электромагнитного расцепителя и штоком выбивает защелку механизма расцепления. Контакты размыкаются под действием пружины. При отключении между ними возникает дуга, и в месте ее возникновения резко повышается давление. Автомат устроен так, что место возникновения дуги связано с окружающим пространством только через канал для отвода газов и дугогасительную камеру. Поэтому дугу между контактами вытягивает в камеру, где она дробится о металлические пластинки и гаснет.

Некоторые производители для лучшего гашения дуги устанавливают два контакта, соединенных последовательно.

При перегрузке ток, проходя по нагревательному элементу, заставляет изгибаться биметаллическую пластину. С выдержкой времени, зависящей от кратности тока перегрузки по отношению к номинальному току автомата, пластина вызывает срабатывание механизма свободного расцепления.

Трехполюсный выключатель получается из трех одинаковых корпусов, собранных вместе. Их рычаги управления объединяются, а между корпусами устанавливаются тяги, расцепляющие механизмы соседних фаз при срабатывании защиты.

Модульные автоматические выключатели выпускаются на номинальный ток от 0,5 до 125 А. При выборе их также учитывается характеристика электромагнитного расцепителя: С или D.

Оцените качество статьи:

Автоматические выключатели. Виды и конструкция.

18.10.2018

Автоматический выключатель— это коммутационный аппарат, созданный для контроля над движением токов. С его помощью можно производить включение, отключение, а также проводить токи при заданных условиях. Такой прибор обеспечивает защиту системы от короткого замыкания.

Виды автоматического выключателя

Конструкционные особенности и принцип действия автоматических выключателей определяются сферой их применения и назначением. На сегодняшний день такая линейка приборов имеет огромное колличество вариаций. Выключатели классифицируются по

•  типу тока в сети ;
•  конструкции ;
•  количеству полюсов в цепи ;
•  токоограничению ;
•  типу установки ;
•  наличию свободных контактов.

Также такие приборы производяться с разной степенью защиты, различными видами привода.
Коммутация производится в ручном и автоматическом режимах с помощью приводов. При номинальном значении тока от 1000 А используют ручной привод, обеспечивающий максимально быстрое переключение.

Электродвигательные и электромагнитные приводы питаются непосредственно от источника.
Схемы управления приводами защищают от вторичного подключения в короткозамкнутую цепь. Включение аппарата на предельные токи короткого замыкания прерывается при 85-110 % от номинального значения напряжения питания. Это позволяет вовремя выключить цепь и избежать дальнейшего повреждения ее элементов.
В случае перегрузки и короткого замыкания срабатывание аппарата происходит также при удержании рукояти в положении включения.

Конструкция автоматического выключателя

Несмотря на обилие все новых и новых выпускаемых моделей, общая конструкция состоит из таких основных элементов:

1.  Механизмы расцепления.
2.  Системы гашения электрической дуги.
3.  Ресцепители.
4.  Контактные системы.
5.  Механизмы управления.

Механизмы свободного расцепления состоят из шарнирных деталей, имеющих три или четыре звена. Они обеспечивают разъединение и выключение системы контактов при автоматическом или же ручном управлении.

Устройства дугогашения монтируют на полюсах автомата и используются для гашения электрической дуги. Представлены они специальными камерами, снабженными деионной решеткой из стальных пластин.

Электромагнитные расцепители, представляющие собой электромагниты с якорем, предназначаются для автоматической коммутации автоматов при коротком замыкании. Тепловые расцепители состоят из термобиметаллических пластин.

Система контактов аппарата состоит из неподвижных и подвижных групп контактов. Одни прикреплены к корпусу, другие же с помощью шарнира посажены на полуось управляющего механизма.

Механизмы управления повзовляют настраивать прибор и обеспечивать его корректную работу по заданым параметрам.

Расцепитель автоматического выключателя

Одной из наиболее главных частей прибора является расцепитель, действующий на устройство и контролирующий данный параметр электроцепи.

С помощью расцепителей появляется возможность дистанционного отключения автомата. Выделяют несколько типов таких устройств:

•  полупроводниковые;
•  комбинированные;
•  тепловые;
•  электромагнитные.

Каждый из видов подходит к своим определенным условиям.

На сайте интернет-магазина Eltaltd представлен каталог автоматических выключателей производства ABB, Siemens, а также Schneider.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

На страницах нашего блога также можно более подробно узнать про >>> ПРЕДОХРАНИТЕЛИ SITOR ОТ SIEMENS  <<< или узнать общие  >>> ВИДЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ  <<<                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

Подписывайтесь на наши обновления:

       

---

Автоматический выключатель – энциклопедия VashTehnik.ru

Автоматический выключатель – это устройство, при возникновении заданных условий обрывающее цепь питания нагрузки. Оборудование территориально входит в состав распределительного щитка. Целью становится отключение нагрузки в аварийной ситуации, плюс возможность обесточивания части домашней сети (к примеру, требуется при ремонтных или сервисных работах).

История и устройство автоматических выключателей

Первые упоминания о выключателях, способных выполнять функции автоматически, даются Томасом Эдисоном в 1879 году. В задачу устройств входило обесточивание цепей, состоящих из лампочек накала, при возникновении короткого замыкания или нештатных ситуаций. Однако коммерческие варианты технических решений оказались лишены этого новшества, и первые аналоги современных моделей запатентованы гораздо позднее. Швейцарская фирма Браун, Бовери & Си сделала это в 1924 году. Люди и сегодня пользуются продукцией компании под брендом АВВ.

Изначально принцип действия автоматических выключателей основывался на использовании магнито-термических расцепителей. С первых дней внедрялись устройства гашения искр. Необходимый шаг – типичные контакторы при срабатывании продуцировали дугу. Это создавало помехи и приводило к быстрому выходу из строя собственно автоматических выключателей. Для блокировки эффекта стали применять сжатый воздух и масло. В качестве среды для получения дуги часто используется вакуум или разреженный газ. В этих условиях горение не долгое.

Конструкция выключателя

Что касается моделей попроще, сложность помогают решить искрогасящие камеры. Они состоят из множества изолированных медных пластин и располагаются, пересекая траекторию дуги. В результате энергия разряда теряется на этих импровизированных конденсаторах. Методы гашения искры делятся на категории:

1. Отклонение траектории дуги, удлинение пути.
2. Разбиение разряда на несколько частей (к примеру, камера, обсуждавшаяся выше).
3. Размыкание контактов в момент перехода переменного тока через нуль.
4. Использование конденсаторов большой емкости для запасания энергии искры.

Магнито-термический расцепитель

Магнито-термический расцепитель считается основной составляющей частью большинства выключателей, решая одновременно две задачи:

1. Термическая часть, основанная на биметаллическом реле, отвечает за отключение при медленном перегреве в течение длительного времени. Допустим, в инструкции написано, что при превышении током номинального значения на 45% выключатель сработает через 1 час. Это термическая (биметаллическая) часть устройства. Медленно и верно пластина из двух металлов греется до температуры срабатывания.
2. Электромагнитная часть задействуется, когда на линии возникает сильная перегрузка. К примеру, короткое замыкание. Тогда через выключатель проходит большая мощность, и требуется быстро разомкнуть контакты для блокировки возникновения электрической дуги (чем быстрее растёт расстояние между контактами, тем слабее негативный эффект). Управление подвижной частью выполняется через электромагнитную катушку. При угрозе возникновения нештатной ситуации она мгновенно отщёлкивает выключатель, электрическая дуга не возникает.

Обратите внимание, в первом случае большого тока нет, а биметаллическое реле становится пассивным устройством, не требующим питания извне. Подобные технические решения применяются повсеместно. Прямо в аналогичном виде: в составе пускозащитных реле холодильников, внутри утюгов, обогревателей. Свойства биметаллических пластин применяются в электрочайниках. Это температурный датчик, реагирующий на изменение условий среды. Попробуйте спичкой подогреть биметаллическую пластину, и она отщелкнётся, словно ток превышает допустимый на заданную величину. Механизм инерционный, идеально подходит для отслеживания медленных изменений.

Электромагнитная часть состоит из соленоида, обмотка которого включена последовательно с нагрузкой. При резком повышении напряжения образуется мощный магнитный поток между витками, рывком втягивающий шток с контактом на конце. Порог срабатывания задаётся классом автоматического выключателя. Проще продемонстрировать на примере. В большинстве проспектов, рекламирующих свойства защитных автоматов, найдётся специфического вида график. Он характеризуется наличием вертикальной части, это показан отрезок действия электромагнитного расцепителя.

Класс автоматического выключателя, время-токовые характеристики

По горизонтали на время-токовой характеристике автоматического выключателя откладывают отношение тока к номинальному. По вертикали проставляется время полного разрыва цепи. Положение вертикального участка графика дает основание судить о классе автоматического выключателя. К примеру, для В это область от 3 до 5, для С – от 5 до 10, для D – от 10 до 20. Иллюстрацию проще провести на разноцветном графике, а из руководства расположился чуть левее, в черно-белых тонах. Если присмотреться, видно, что пример позаимствован из класса D. По этой характеристике допустимо судить о предназначении устройства. К примеру:

• Класс В с порогом срабатывания 3 – 5 номинальных значений годится для резистивной нагрузки. Освещение, обогреватели.
• Для индуктивно-ёмкостной нагрузки требуется класс автоматических выключателей С с порогом срабатывания до 10 номинальных значений тока. Сюда входят все типы двигателей, включая асинхронные и коллекторные. Задумайтесь о классе С, если в доме пылесос, стиральная машина, строительный инструмент.
• Класс D применяется для грубых цепей с большим потреблением: производственные участки цехов с обилием двигателей преимущественно асинхронного типа.
• Класс Z с порогом срабатывания 2 – 3 применяется преимущественно для электроники.

Классы по ГОСТ Р 50345-2010

Известны прочие специфические типы. Основными считаются A, B, C и D. В прайсах буквы ссылаются на тип мгновенного (электромагнитного) расцепителя, а дальше уже каждый выбирает по собственным нуждам. На единый номинальный ток у производителя представлен сразу ряд моделей (у каждой собственный класс). Время срабатывания неизменно, варьируется лишь порог. Вопрос важен и почему-то редко обсуждается в пределах рекламных кампаний конкретных производителей. По скромному убеждению авторов знания о классах относятся к профессиональным. Считается, что заказывающий оборудование человек уже в курсе.

Периодически встречаются каталоги без указаний на класс автоматических выключателей. В этом случае нужно ориентироваться на отношение номинального и вызывающего срабатывание устройства токов. Они указываются в таблицах, производитель считает, что классность становится лишним параметром.

Разновидности автоматических выключателей

Главное разграничение проводится по числу фаз. Это неактуально для стандартных квартирных моделей, приобретает значение в промышленности. Часто, если выпадает одна фаза, по прочим потребление увеличивается. Образуется перекос, ведущий к выходу оборудования из строя. Трёхфазный автоматический выключатель рвёт питание сразу по всем выходам. Незаменим тремя обычным на 220 В.

Токи срабатывания выбираются согласно классу расцепителя, но в отдельных приборах возможно отдельно настраивать опцию. Допустим, автоматические выключатели 3RV10/3RV11 (каталоги Siemens) настраиваются на ток отключения, в 13 раз превышающий номинальный. Этим заведомо перекрываются потребности запуска большинства двигателей. Если потребитель недоволен такими характеристиками, возможно изменить параметры в нужную сторону.

Выключатель электропитания

Часто среди параметров автоматических выключателей попадается предельная отключающая способность. Поясним эту цифру на простом примере. Не стоит путать ее с током срабатывания расцепителя. Отключающей способностью описывают жуткую аварию, когда ток не просто достиг порогового значения, но многократно превысил лимит. К примеру, штатной считается ситуация, когда в цепи течёт 10,5 А. Одновременно номинальный ток составляет всего лишь 2,5 А. Значит, автоматический выключатель относится к классу В (10,5/2,5 = 4,2). Отключающая способность может быть, к примеру, 50 кА.

Это ток, при котором прибор ещё сможет выполнять обязанности. Не расплавится, не сгорит, не закоротит намертво цепь. Если ток короткого замыкания превышает отключающую способность, производитель снимает гарантии. В задачи проектировщика входит избежание подобной ситуации в принципе. Сделать это просто – требуется позаботиться, чтобы активное сопротивление кабелей не стало слишком низким. Оно становится фактором, ограничивающим ток. К примеру, в цепи 220 В десятки тысяч амперов никогда не появятся. Иначе требуется снижение активного сопротивления кабелей 4,4 мОм.

Это крайне малое значение. Для сравнения, по промышленным стандартам сопротивление цепи заземления не должно превышать 3 – 5 Ом, что на три порядка выше указанной цифры. Производители приборы изготавливают с гигантским запасом. Это касается и срока службы. Типичным значением становится 10000 циклов переключения – 10000 нештатных ситуаций. Понятно, что цифра недостижима при разумной эксплуатации домашней сети. Основным параметром автоматического выключателя из сказанного становится номинальный ток. Но при превышении значения мгновенного отключения не происходит.

Рабочие характеристики выключателя

Автоматический выключатель продолжит работать. И чтобы проследить дальнейший ход событий, нужно пользоваться рабочими характеристиками. К примеру, ориентируясь на приведённые на рисунке. В зависимости от кривизны обнаруживается, что при превышении номинального тока на 13% автоматический выключатель проработает пару часов. Иногда подобная информация выносится в таблицу характеристик, чтобы подчеркнуть указанный момент. Это обговаривается отдельно, данные напрямую влияют на поведение цепи.

Сотрите при выборе на характеристики автоматических выключателей:

1. Предельная температура эксплуатации. Понятно, что для помещения рамки уже, а стоимость ниже, нежели для применения в уличных условиях.
2. Иногда требуется знать степень защиты корпуса по классу IP. Это объясняется предписаниями стандартов.
3. Внешнее исполнение типичное. Чаще корпус под DIN-рейку, позволяющий поставить прибор в стандартный распределительный щиток.
4. Часто производитель приводит значение внутреннего сопротивления прибора. Этот параметр косвенно увязывается с предельной отключающей способностью и номинальным напряжением (по закону Ома). Сопротивление показывает, сколько активной мощности выделяется внутри корпуса при протекании тока.
5. Гораздо реже роль играет частота напряжения. В промышленности часто применяются 400 Гц и прочие значения. Выключатели, изготовленные по таким требованиям, не всегда годятся для рядовой квартиры.

Как выбрать автоматический выключатель по мощности, по току для дома

Сейчас наличие автоматических выключателей в электрической сети любого дома является уже обычно практикой.

Если раньше такой выключатель и имелся в сети, то только на входе проводки в дом.

Сейчас же их устанавливают на разные ветки сети дома, производящих подачу электрической энергии на определенные потребители.

Функции автоматического выключателя

Обычно знания владельца дома по поводу этих выключателей сводиться к тому, что они защищают приборы, включенные в сеть или одну из ветвей ее от перегрузки.

И это действительно так, но это лишь следствие работы данного устройства.

Основное же назначение – защита проводки от превышений значений силы тока, в первую очередь – критических.

Если коротко, то при превышении силы тока выключатель обесточит ту часть проводки, которая прикреплена к его выходным клеммам. Вот только срабатывание его может быть разным.

При незначительном увеличении силы тока он обесточит сеть через определенный период времени.

А вот при резком скачке, возникающего обычно при коротком замыкании, выключатель сработает практически мгновенно, что убережет проводку от расплавления и возможного возникновения возгорания.

Если рассматривать автоматический выключатель внешне, то особой сложности конструкции его и не видно – просто пластиковый коробок с клеммами для подключения проводки и небольшой тумблер для включения-выключения.

Но это только внешне.

Читайте также:

Конструкция автоматического выключателя

Внутренняя же конструкция его не такая уж и простая.

В корпусе располагаются:

• Механизм взвода;
• Винт тепловой установки;
• Биметаллический тепловой расцепитель;
• Электромагнитный катушечный расцепитель;
• Дугогасительная камера;
• Силовые контакты;
• Канал отвода раскаленных газов.

Каждый из этих элементов выполняет определенную работу. Читайте по теме — что такое дифавтомат, как подключить.

Механизм взвода соединен с тумблером, а на концах его установлены силовые контакты. Им и производится передача электрического тока с входящих клемм на выходящие.

Биметаллический (тепловой) расцепитель представляет собой пластину, которая при нагреве изгибается, разъединяя силовые контакты.

Предназначен этот расцепитель для прекращения подачи тока, если его сила не имеет пикового значения.

При незначительном превышении силы тока со временем пластина разогреется и произойдет размыкание контактов. То есть, срабатывает этот расцепитель через определенное время.

Винтом же регулируется зазор между пластиной и контактом. Регулировка этого винта выполняется заводом-изготовителем.

Электромагнитный расцепитель предназначен для мгновенного обесточивания сети. Срабатывает он только при воздействии на него токов больших значений, возникающих при коротком замыкании.

При срабатывании одного из расцепителей, между контактами неизбежно произойдет возникновение электрической дуги, и чем больше сила тока – тем она сильнее.

Чтобы эта дуга не привела к повреждению элементов выключателя, в его конструкцию входит дугогасительная камера, которая гасит внутри себя возникшую дугу.

При всем этом внутри образуются газы с повышенной температурой, которые отводятся по специальному каналу.

Конструктивно все автоматические выключатели практически одинаковы, но рабочие параметры их отличаются.

Существуют определенные критерии выбора автоматических выключателей, которые и учитывают их параметры.

Читайте также:

Основные характеристики автоматических выключателей

Ток короткого замыкания

Первым из критериев, который учитывается при выборе автомата, является ток короткого замыкания, он же – отключающая способность выключателя.

Этот критерий характеризует максимальное значение силы тока, при котором автомат сработает, не получив повреждений.

Измеряется данный показатель в Амперах, но поскольку при коротком замыкании сила тока может достигать значительных показателей, то этот критерий для автомата указывается в тысячах Ампер.

Значение силы тока

Вторым критерием при выборе является номинальное значение силы тока, с которым будет работать выключатель.

Этот критерий указывает силу тока, при превышении которой автомат сработает и произойдет обесточивание.

На данный показатель влияет много факторов – сечение провода, материал его изготовления, протяженность проводки до автомата, нагрузка, которая будет создаваться в проводке при подключении электроприборов.

Ток срабатывания

Данный показатель указывает, какое максимальное значение силы тока может выдержать выключатель без срабатывания электромагнитного расцепителя.

Дело в том, что при включении приборов могут возникать пусковые токи, которые зачастую в несколько раз превышают номинальное значение, но при этом они не являются током короткого замыкания. К примеру, при включении компьютера.

Эти пусковые токи краткосрочны, поэтому не приводят к срабатыванию теплового размыкателя, поскольку для этого требуется время, а их сила недостаточна для включения в действие электромагнитного размыкателя.

Критерий поделен на классы, которые указывают, во сколько раз сила пускового тока может превышать номинальную без срабатывания автомата.

Селективность

Исходя из первых трех критериев, условно можно разделить все автоматы для использования на:

1. Малонагруженных сетей;
2. Средненагруженных;
3. Высоконагруженных сетей.

При этом использовать, к примеру, высоконагруженный автомат для ветви сети, которая обеспечивает питание лампочек не только нецелесообразно, но и опасно.

Его характеристики значительно выше, чем требуется для такой сети, поэтому даже при возникновении КЗ он может попросту не сработать.

И наоборот, автомат для малонагруженных сетей при использовании на сетях с большой нагрузкой будет срабатывать даже при небольших перегрузках.

Количество полюсов автомата указывает, с каким из типов сетей он может работать.

Для обычной домашней однофазной сети подходит двухполюсный выключатель.

Читайте также:

На обеспечение отдельного участка этой сети подойдет однополюсный автомат.

А вот если имеется трехфазная сеть в доме, то понадобится четырехполюсный выключатель.

Но это только критерии, указывающие основные характеристики. Следует отметить, что все они нанесены в виде маркировки на корпусе автоматического выключателя.

Теперь на примере объясним, за что отвечает каждый из элементов этой маркировки.

Обозначение маркировки выключателей

На всех автоматах имеется крупная буквенно-цифровая маркировка (В10, С16, С10, D50).

Эта маркировка включает в себя два параметра выключателя: класс тока срабатывания и номинальный ток напряжения.

Всего классов три – В, С и D. Каждый из них имеет свою кратность силы тока по отношению к номинальному значению.

Так, автомат класса «В» способен принять силу тока в 3-5 раз большую номинала, до того, как он произведет разъединение контактов. Такие автоматы подходят для слабонагруженных сетей.

У класса «С» сила тока до срабатывания автомата может достигать 5-10-кратного увеличения по сравнению с номинальным значением. Автомат с этим классом уже предназначен для средненагруженных сетей.

Класс D предназначен для высоконагруженных сетей, где возможно кратковременное значительное увеличение силы тока. Такой автомат может выдержать до срабатывания ток силой, превосходящей номинальное значение в 10-20 раз.

Второе значение этой маркировки указывает как раз номинальное значение тока, с которым будет работать выключатель.

Читайте также:

Основным параметром при выборе по данному значению является сечение провода.

От сечения провода зависит, какая допустимая сила тока может через него проходить.

Так, медный двухжильный провод с сечением 1,5 мм. кв., уложенный закрытым способом (в штробу или трубу) может пропускать через себя ток силой 18А без нанесения ущерба для самого провода.

При превышении этого значения провод начнет греться, что может привести к расплавлению изоляции, а без нее между проводами возникнет КЗ.

Для провода сечением 2,5 мм. кв. это значение уже достигает 25 А. В итоге чем больше сечение, тем больше пропускная способность провода.

Ниже в таблице можно посмотреть все значения тока.

Теперь свяжем эту маркировку воедино.

К примеру, имеется выключатель с обозначением В10. Это значит, что номинальная сила тока, которую автомат будет пропускать через себя без включения в работу теплового расцепителя – 10 А.

Выключатель имеет класс В, поэтому до срабатывания электромагнитного расцепителя от способен пропустить краткосрочный ток силой до 30-50 А.

Но в этом есть небольшой подвох, который следует учитывать при выборе автомата.

К примеру, сила тока, проходящая через него, превышает номинальное только в 1,5 раза. Для срабатывания электромагнитного расцепителя этого явно недостаточно.

Но при этом если пропускная способность провода будет точно соответствовать номинальной силе тока автомата, то увеличенное значение тока будет разрушающе действовать на сам провод.

В конструкции имеется тепловой расцепитель, который в конечном итоге все же сработает, но для этого нужно время, чтобы биметаллическая пластина разогрелась и разомкнула контакты.

И этот период может быть достаточно длительным, при этом увеличенное значение тока все это время будет негативно воздействовать на проводку.

Поэтому при выборе автомата следует подбирать его с номинальным значением ниже, чем пропускная способность провода.

Так, для провода 1,5 мм. кв., способного пропускать через себя ток силой 18А лучшим будет автоматический выключатель с номинальным значением 10 А.

В таком случае даже при увеличении силы тока выше номинального, провод будет пропускать его без возможного повреждения.

А для провода сечением 2,5 мм. кв. и пропускной силой тока 25А подойдет автоматический выключатель с номинальной силой тока в 16 А.

Перейдем ко второй маркировке – отключающей способности автомата. На корпусе она нанесена в виде цифрового обозначения – 4500, 6000, 10000 и т.д.

Как уже сказано, это максимальная сила тока, при которой автомат сработает без своего повреждения.

Разберем на примере, в сети произошло КЗ, в результате которого сила тока увеличилась до 5000А.

Электромагнитный расцепитель сработал, однако при этом возникла электрическая дуга.

Если автомат имеет отключающую способность на уровне 4500А, его дугогасительная камера не сможет полностью погасить дугу такой мощности, произойдет повреждение самого автомата.

Но если установлен автомат, у которого показатель отключающей способности составляет 6000А, то его камера дугу погасит, при этом без своего повреждения.

По сути, данный показатель – это характеристика защищенности самого автомата.

И третья маркировка, наносимая на корпус, и которая является тоже важной – класс токоограничения.

Эта маркировка цифровая, располагается рядом с маркировкой отключающей способности, состоит она из цифры 2 или 3.

Данная маркировка указывает на быстродействие автомата при КЗ. При возникновении замыкания, сила тока увеличивается не мгновенно, а нарастает.

И чем раньше произойдет срабатывание автомата, тем меньше вреда нанесет ток КЗ.

Сейчас практически не встречаются автоматы с классом «2», поскольку они несколько медленнее, чем выключатели класса «3».

Читайте также:

Ошибки при выборе, которые нужно учитывать

Напоследок рассмотрим самые распространенные ошибки, которые допускаются при выборе автоматического выключателя.

Ошибка 1.

Выбирая автомат, руководствуются суммарной мощностью потребителей, что является одной из самых грубых ошибок.

Автомат только защищает проводку от перегрузок, изменить ее характеристики он неспособен.

Если поставить мощный автомат на слабую проводку и подключить к ней сильный потребитель энергии, это неизбежно приведет к повреждению проводки, при этом автомат не сможет выполнить свою работу.

Поэтому всегда нужно ориентироваться по сечению провода и его пропускной способности, а не по мощности потребителей.

Ошибка 2.

Зачастую все ветки сети оснащаются одинаковыми автоматами, а затем пытаются использовать одну из ветвей в качестве сильнонагруженной.

Еще на стадии монтажа электрической сети желательно позаботиться о том, чтобы хоть одна из веток имела повышенные параметры и была оснащена автоматом, рассчитанным на значительные нагрузки.

К примеру, в гараже частного дома возможно использование приборов, создающих значительную нагрузку.

Эту ветвь лучше заранее усилить, чем потом переделывать или надеяться, что автомат или проводка «выдержат».

Ошибка 3.

При приобретении автоматических выключателей покупатели стараются минимизировать затраты. На безопасности лучше не экономить.

Покупать такие устройства следует только у хорошо зарекомендованных фирм в специализированных магазинах, а еще лучше у официального дистрибьютора.

Надеемся, что данные выше советы помогут вам правильно подобрать автоматический выключатель для своего дома.

особенности конструкции и сферы применения

Трехполюсный автоматический выключатель обладает теми же свойствами, что и однополюсный. Однако автомат на 3 фазы предназначен для защиты дорогостоящего промышленного оборудования. Поэтому к его подбору по серии и характеристикам необходимо подходить с особой ответственностью.

Что такое автоматический выключатель

Автоматический выключатель — это устройство, предназначенное для защиты проводки от токов короткого замыкания и перегрузки. Подобные аппараты устанавливаются на электрическом вводе в любую квартиру или электроустановку. Их использование является обязательным по правилам ПУЭ.

Вводной автомат в электрощите

Выдержка из ПУЭ (пункт 3.1.5). «В качестве аппаратов защиты должны применяться автоматические выключатели или предохранители. Для обеспечения требований быстродействия, чувствительности или селективности допускается при необходимости применение устройств защиты с использованием выносных реле…».

По числу полюсов силовой цепи выделяют автоматические выключатели следующих типов:

• однополюсные:
• двухполюсные;
• трехполюсные;
• четырехполюсные.

В квартирной однофазной проводке применяются автоматы на 1 или 2 полюса. К ним подключается 1 фазный и 1 нулевой провод. Более мощные потребители электроэнергии (производственные станки, двигатели лифтов, насосы водоснабжения) нуждаются в трехфазном питании. Для их защиты применяются трехполюсные автоматы, к которым подключается 3 фазных провода.

Строение и принцип работы трехполюсного автомата

Автоматический выключатель на 3 полюса состоит из 3 однополюсных устройств, помещенных в один корпус и имеющих общий рычаг включения. Внутри устройства защиты имеется электромагнитный и тепловой расцепители.

Внутреннее устройство

Электромагнитный расцепитель мгновенно срабатывает на токи короткого замыкания. По принципу действия он напоминает обычный электромагнит. Если через автомат протекает ток КЗ, то электромагнитный расцепитель притягивает якорь и приводит в движение механику автомата. Она и размыкает контакты силовых цепей.

Конструкция автомата защиты

Тепловой расцепитель похож на деформирующуюся от нагрева биметаллическую пластину. Он характеризуется медленным срабатыванием. Для выключения автомата по тепловому расцепителю необходимо время, чтобы он прогрелся до нужной температуры. Тепло для нагрева берется от тока перегрузки, протекающего через автомат. Нечто подобное имеется в термостатах утюгов и кнопках чайников.

Внутри дифференциальных автоматов имеется дополнительный узел — датчик тока. Он предназначен для сравнения токов, протекающих по фазам. Этот элемент конструкции позволяет диф автомату отключаться при пропаже напряжения в одной из фаз. Данная функция особенно важна для защиты электрических двигателей.

Важно! Если у вас без очевидной перегрузки срабатывает автомат, то следует обратить внимание на надежность его подключения. Часто плохой незатянутый контакт приводит к нагреву автомата. А нагрев — к непроизвольным срабатываниям теплового расцепителя.

В мощных трехполюсных автоматах имеются дугогасительные камеры. Они предназначены для максимально быстрого прерывания дуги, образующейся между контактами в момент размыкания цепи. Применение дугогасительных камер существенно продлевает срок эксплуатации прибора. Благодаря им контакты выгорают гораздо медленнее.

Внешние элементы

Снаружи устройство имеет стандартную для защитных аппаратов конструкцию. Сверху находятся 3 винтовых клеммы для подключения приходящих проводов. Снизу аналогичные винтовые контакты, но для отходящей линии. Между ними находится рычаг включения и отключения. Многие трехполюсные автоматы оснащены указателем состояния. Красный флажок или символ «1» — автомат включен. Зеленый или «0» — выключен. На корпусе прибора указываются основные электрические параметры: номинальный ток и временная характеристика.

Дополнительная информация. Конструкция некоторых моделей автоматов предполагает использование ручки, напоминающей ту, что устанавливается на двери. Такая ручка приобретается по желанию покупателя. Ее поворот включает или выключает защитное устройство.

Основные технические параметры

Технические характеристики учитываются при выборе и подключении автомата. Основные из них нанесены на корпус устройства. Там же часто имеется и обозначение на схеме прибора. Из характеристик выделяются следующие:

1. Времятоковая характеристика. Указывается в виде буквы B, C или D. Реже встречаются автоматы с характеристиками L, Z и K.
2. Номинальный ток. Число, указываемое после временной характеристики.
3. Рабочее напряжение. Обычно составляет более 400 В.
4. Предельный ток короткого замыкания. Большое число порядка 1-35 кА. Максимальный ток КЗ, который способен выдержать автомат без разрушения.

Номинальная отключающая способность

В момент короткого замыкания токи, протекающие через трехполюсный автомат, способны достигать значений в сотни и тысячи ампер. Их величина зависит от толщины (сопротивления) вводных кабелей и расстояния до трансформаторной подстанции. Автомат должен успешно переносить подобные перегрузки и сохранять работоспособность.

Номинальная отключающая способность или предельный ток КЗ показывает, какую величину тока способен выдержать аппарат защиты без расплавления контактов. По этому признаку трехполюсные автоматы принято разделять на следующие категории:

• 4,5 кА — применяются для защиты линий, питающих частные дома и объекты;
• 6 кА — защита кабелей в общественных местах;
• 10 кА — производственные электроустановки, расположенные близко к подстанциям.

Время срабатывания автомата

Времятоковая характеристика указывает на зависимость времени срабатывания автомата от величины тока перегрузки. Например, при превышении номинального тока в 1,5 раза выключатель сработает через 1 час. При превышении тока в 2 раза — через 10 минут. А при трехкратном превышении — через 1 минуту (все цифры сугубо для понимания термина). Задержка срабатывания обусловлена тем, что тепловому расцепителю необходимо время на прогрев.

Наиболее распространены трехфазные автоматы с характеристиками типа B, C и D. В таблице приведены токи их мгновенного срабатывания. In — номинальный ток прибора.

Времятоковая характеристика	Ток мгновенного срабатывания	Основные сферы применения
B	3-5 In	Линии, имеющие большую длину и сети освещения
C	5-10 In	Розетки и приборы с малыми пусковыми токами
D	10-20 In	Трансформаторы и потребители с большими пусковыми токами

Дополнительная информация. Для электрических двигателей и трансформаторов характерны скачки тока при запуске. В момент включения эти агрегаты способны потреблять пусковые токи в десятки раз большие, чем в нормальной работе.

Распространенные серии автоматических выключателей

Серия автоматического выключателя определяет эксплуатационные характеристики. Традиционно в промышленных и бытовых электроустановках принято использовать устройства 4 серий:

• АЕ;
• АП;
• АВМ;
• ВА.

Серия АЕ

Применяются в электроустановках напряжением до 660 В переменного тока. Рабочая частота аппаратов защиты серии АЕ составляет стандартные 50-60 Гц. Предназначены для эксплуатации в промышленных и бытовых условиях. Внешне имеют черный карболитовый корпус. Серия отличается надежностью. Многие выключатели АЕ до сих пор исправно служат с советских времен.

Выключатель-автомат малогабаритный АЕ 2046М

Серия АП

Данные приборы защиты в среде электромонтеров имеют неформальное название «апэшка». Их отличает нестандартный внешний вид. Вместо привычного рычага имеются две кнопки. Черная или серая — включает автомат, красная — выключает.

Серия АП подходит для защиты сетей переменного тока с напряжением до 550 В. Данная модель допускает многократное переключение в течение дня. Поэтому ее часто применяют в качестве обыкновенного выключателя для света или двигателя вытяжки.

Серия АВМ

Мощные автоматические выключатели, рассчитанные на работу в силовых электроустановках с номинальными токами до 2 кА. АВМ применяется в сетях напряжением до 500 В. Допустимо использование в цепях постоянного тока напряжением до 440 В.

Данная серия не подходит для установок, характеризующихся частыми короткими замыканиями. В ручном режиме их допустимо переключать до 6 раз в сутки. Взамен они хорошо справляются с недопустимыми перегрузками.

Серия ВА

Автоматические выключатели воздушного исполнения. Позволяют подключить потребитель с током до 6,3 кА. Основные области применения — промышленные объекты. Рабочее напряжение составляет 660 В переменного тока.

Сферы применения

Автоматические выключатели на 3 фазы применяются везде, где есть трехфазное электропитание. Подключение потребителей без этих защитных устройств является грубым нарушением правил устройства электроустановок. Перечислять все примеры использования трехфазных автоматов бессмысленно. Их слишком много. Поэтому ниже приведены электрические аппараты, которые защищаются трехфазными автоматами, но в какой-то степени встречаются в жизни каждого человека:

• сети уличного освещения;
• трехфазные асинхронные двигатели лифтового оборудования;
• вводные распределительные устройства жилых зданий;
• защита двигателей детских аттракционов;
• двигатели насосных станций, качающих воду в жилые дома;
• насосы, откачивающие канализационные воды, защищаются трехфазными автоматами.

Трехполюсные автоматические выключатели используются повсеместно. Их применение обязательно везде, где имеется питание от 3 фаз. Трехполюсные устройства защиты почти ничем не отличаются от однополюсных. Отличия кроются лишь в количестве защищаемых фаз, максимальных рабочих токах и габаритных размерах.

При подключении трехполюсника необходимо учесть его временную характеристику и номинальный ток. Эти параметры указаны на корпусе защитного прибора. Также следует обратить внимание на серию автомата. Она определяется, исходя из условий будущей эксплуатации, то есть, как часто прибору предстоит срабатывать от КЗ, сколько раз в сутки его будут переключать руками.

Принцип действия автоматического выключателя. Shop220

 Для того, чтобы обеспечить надёжную защиту электрической цепи в современном доме применяются модульные конструкции автоматических выключателей. Они завоевали массовую популярность благодаря тому, что они обладают достаточно компактными размерами, очень легки в монтаже и, если потребуется, элементарно просто заменяются на новые.

  Внешняя конструкция подобного автомата представляет выполненный из какого-либо вида термостойкой пластмассы прямоугольный корпус, с расположенной на его лицевой панели рукояткой. Она выполняет роль выключателя. Сзади пластмассового корпуса имеются специальные крепления для его установки.

  Когда автоматический выключатель находится в режиме своей нормальной работы, через него происходит протекание электрического тока допустимого или немного заниженного значения. На его клемму, которая соединяется с неподвижным контактом конструкции, от внешней сети подаётся напряжение питания. Электрический ток с этого контакта передаётся на его подвижный аналог, а затем через гибкий проводник изготовленный из меди — на катушку. А уже после всей этой цепочки, электрический ток передаётся на нижнюю клемму автоматического выключателя, к которой и подключается вся нагрузка.

  В том случае, если возникает какая-либо аварийная ситуация, то происходит отключение автоматическим выключателем электрической цепи, которую он призван защитить от нежелательных последствий. Тепловое расцепляющее устройство приводит в действие механизм, который размыкает эту цепь. Причины срабатывания автомата достаточно банальны — короткое замыкание или возникшая перегрузка в электрической сети.

  В качестве теплового расцепляющего устройства в конструкции автоматического выключателя применяется самая простая биметаллическая пластина. Она представляет собой два слоя металлических сплавов, имеющих различные значения коэффициентов своего теплового расширения. Проходящий через пластину электрический ток нагревает её, что способствует прогибанию биметаллической пластины в сторону того из своих слоёв, который имеет меньшую величину своего коэффициента теплового расширения.

  В тот момент, как только сила электрического тока достигнет величины достаточной для того, чтобы нагретая от этого биметаллическая пластина прогнулась до своего предельного состояния, происходит размыкание цепи и отключение всей нагрузки, которая защищается автоматическим выключателем.

  Тепловая защита автоматического выключателя срабатывает не мгновенно в момент повышения величины протекающего через него электрического тока. Ведь для того, чтобы биметаллической пластине разогреться до определённого предела необходимо какое-то время. Причём интервал времени при этом может быть от всего нескольких секунд или минут, до одного часа.

  Именно подобная задержка не позволяет сработать автоматическому выключателю от случайного и кратковременного повышения значения силы тока в электрической сети. По такому принципу работает автоматический выключатель в режиме возможной перегрузки в электросети.

  В том случае, если вдруг возникнет короткое замыкание, то автоматический выключатель сработает несколько по иному принципу. Если в электрической сети возникает короткое замыкание, то величина протекающего по ней электрического тока значительно возрастает. Её будет достаточно для того, чтобы расплавить у электропроводки изоляцию.

  В этом случае, во избежание возможных очень негативных последствий этого события, нужно в считанные мгновения разорвать электрическую цепь. Электромагнитное расцепляющее сеть устройство автоматического выключателя именно так и срабатывает. Это устройство выполнено из катушки со встроенным внутрь неё металлическим сердечником. Он при помощи пружины удерживается в неподвижном состоянии.

  В момент короткого замыкания в электрической цепи происходит многократное и резкое увеличение значения силы тока в катушке. Это явление вызывает мгновенное увеличение магнитного потока катушки и втягивание в неё металлического сердечника, который преодолев сдерживающее воздействие на него со стороны пружины, приводит в действие механизм расцепления. Вследствие этого происходит размыкание силовых контактов автоматического выключателя и, соответственно, отключение питания в аварийном участке электрической цепи.

  По таким принципам и осуществляется работа автоматического выключателя, призванного стать надёжной защитой домашнего электрооборудования от нештатных негативных ситуаций, возникающих в электрических сетях. Кстати, никогда не следует устанавливать подобное устройство, которое рассчитано на работу с большими величинами номинальных токов. Это способно привести к ещё более плачевным последствиям.  

Техническое описание автоматических выключателей — Устройство и принцип действия

Выключатели выпускаются в пластмассовых корпусах. На основании каждого корпуса монтируется коммутирующее устройство, состоящее из неподвижных и подвижных контактов, заключённых в дугогасительную камеру, расцепители максимального тока и механизм управления.
Дугогасительные камеры обеспечивают гашение дуги.
Подвижные контакты укреплены на изолированной траверсе и через механизм свободного расцепления с рукояткой (или кнопкой) выключателя. Во включенном положении подвижная система удерживается защелкой, связанной с расцепителем.
Механизм свободного расцепления обеспечивает мгновенное замыкание и размыкание контактов с постоянной скоростью, независимой от движения рукоятки или кнопки.
Расцепитель максимального тока встраивается в каждый полюс выключателя последовательно.
Тепловой расцепитель при перегрузках срабатывает с обратнозависимой от тока, выдержкой времени, т.е. чем больше ток перегрузки, тем быстрее произойдет отключение.
Комбинированный расцепитель состоит из теплового и электромагнитного, поэтому отключение может произойти при действии любого из них.
Электромагнитные расцепители монтируются на передней стороне корпуса, а тепловые – на задней и закрываются пластмассовой пластинкой. Выключатель, кроме основных, может иметь 1 и 2 замыкающих вспомогательных контактов.
Если в автомате установлены только тепловые расцепители, то последовательно с ним должны быть включены предохранители, забщищающие установку от токов короткого замыкания.
Силовые контакты могут быть снабжены искрогасительными (дугогасительными) номерами с решетками.
В электрических силовых установках промышленных предприятий широко распространены автоматические воздушные выключатели серии А. Описание выключателя AI5-T, приводимое ниже, может дать необходимое представление о конструкции и способах ремонта большинства современных автоматических выключателей, применяемых в электроустановках промышленных предприятий в качестве аппаратов защиты и управления.
Автоматический воздушный выключатель А15-Т (рисунок 1, а) смонтирован на термостойкой и механически прочной изоляционной плите 1. Основными частями выключателя являются контакты (на рисунке они не видны, поскольку закрыты дугогасительными камерами 17), механизм свободного расцепления 2, электромеханический привод 5, максимальные 6 и дополнительные 10 расцепители, панель 11 зажимов и коммутатор 15.
В выключателе использована трехступенчатая система контактов. Каждый полюс выключателя имеет три пары контактов: главные, промежуточные (переходные) и дугогасительные (разрывные).
Главные контакты выполнены из металлокерамики, а промежуточные и разрывные — из меди. Контактная система каждого полюса выключателя расположена в дугогасительной камере 17, обеспечивающей эффективное гашение дуги и исключающей возможность переброса дуги на соседние фазы или другие токопроводящие части автомата.
Подвижные контакты автоматического выключателя укреплены на изолированном главном валу 13. Автоматический выключатель отключается с помощью валика 12 от воздействия максимальных расцепителей 6 при недопустимом увеличении тока в защищаемой цепи, а также при воздействии на валик 12 дополнительных расцепителей 10. Воздействие при токе короткого замыкания максимальных расцепителей 6 на селективный валик 14 приводит также к отклонению выключателя, но через определенный промежуток времени. Выдержка времени осуществляется механическим замедлителем 4, расположенным на правой щеке механизма свободного расцепления 2. Подвижная контактная система связана с пружиной 16, служащей для отключения выключателя. Электромеханический привод 5 связан с механизмом свободного расцепления 2. В схеме его защиты и управления имеются трубчатый резистор, плавкий предохранитель 8 и реле управления 9.
Для присоединения автоматического выключателя к сети заземления служит болт 3. Наличие огнестойкой асбесто-шиферной перегородки 18 предотвращает возможность переброса дуги. Дистанционное включение автоматического выключателя осуществляют электромеханическим приводом 5, а отключение — дополнительным расцепителем 10.

Рисунок 1 – Автоматический воздушный выключатель А15-Т на 600 А переменного тока:
а — общий вид, б, в — контактная система во включенном и отключенном положениях автоматического выключателя; 1 — плита, 2 — механизм свободного расцепления, 3 — болт заземления, 4 — механический замедлитель расцепления, 5 — электромеханический привод, 6, 10 — максимальные и дополнительный расцепители, 7 — резистор, 8 — предохранитель, 9 — реле управления, 11 — панель зажимов, 12, 14 — отключающий и селективный валики, 13 — главный вал, 15 — коммутатор, 16, SO — пружины, 17 — дугогасительная камера, 18 — огнестойкая перегородка, 19, 28, 29 — нижняя, верхняя и регулировочная гайки, 20 — держатель, 21, 23 — промежуточный и главный контакты, 22 — дугогасительные контакты, 24 — фасонный винт, 25 — стакан динамометра, 26 — шкала динамометра с указателем, 27 — штифт. Стрелками указано направление усилий при определении растворов и провалов контактов.
Контактная система автоматического выключателя (рисунок 1, б, в) состоит из трех параллельно включаемых групп контактов: главных 23, промежуточных 21 и дугогасительных 22. При включении выключателя замыкаются вначале дугогасительные, затем промежуточные и, наконец, главные контакты. Размыкание контактов при отключении выключателя происходит в обратном порядке.
Автоматы АП-50, получившие наибольшее распространение в сельском хозяйстве, могут быть построены для работы с электродвигателями мощностью до 20 кВт при напряжении 220 В.
Если трехфазный автомат снабжен только тепловыми расцепителями, то он имеет обозначение АП-50-3Т, если только электромагнитным – АП-3М, если же и тем и другим – АП-50-3 шт.
В автомате АП-50 могут быть установлены тепловые расцепители на номинальные токи ( с регулированием установки в пределах от 63 до 100% их значений): 16, 25, 4, 10, 40, 50 А. гарантийный срок службы составляет 20000 включений при номинальных значениях тока и напряжения.

Шаблон автоматического выключателя

(шаблоны проектирования для микросервисов) | Хаситха Субхашана | Geek Culture

Рисунок 13: Шаблон

автоматического выключателя 🌟 Итак, как я упоминал выше (в «Основном сценарии использования автоматического выключателя») в системе есть 04 службы и прокси (шаблон агрегатора для вызова этих служб).

🌟 Я уверен, что после рассмотрения причин использования 1 и 2, теперь вы знаете, что системные сбои могут произойти, когда отдельная услуга не работает (поставщик перестает отвечать на запросы ) — Рисунок 13.

🌟 Тогда это может привести к исчерпанию критических ресурсов в системе (например: вспомните, как потоки были заняты в варианте использования 1).

🌟 Основная концепция автоматического выключателя заключается в том, чтобы заключить вызов защищенной функции в объект автоматического выключателя, который отслеживает отказы. Когда количество отказов достигает определенного порога, автоматический выключатель срабатывает, и все запросы к автоматическому выключателю возвращаются с ошибкой.

Рисунок 14: Состояния автоматического выключателя

Схема автоматического выключателя имеет 3 состояния.

1. Открыть.
2. Закрыто.
3. Полуоткрытый.

🌟 Автоматический выключатель работает (пропускает запросы через службу), когда он находится в состоянии « замкнут, ». Но когда количество отказов превышает пороговое значение, автоматический выключатель срабатывает. Как видно на диаграмме выше, этот « открывает » цепь (состояние переключается на «разомкнуто»).

🌟 Когда цепь « разомкнута », входящие запросы будут возвращаться с ошибкой без какой-либо попытки выполнить реальную операцию

🌟 По прошествии некоторого времени автоматический выключатель переходит в состояние « полуоткрыто ».В этом состоянии автоматический выключатель будет пропускать ограниченное количество тестовых запросов, и если запросы завершатся успешно, автоматический выключатель сбрасывается и возвращается в состояние « замкнут, », и трафик будет проходить как обычно. Если этот запрос не выполняется, автоматический выключатель возвращается в разомкнутое состояние до следующего тайм-аута.

Пример: служба A должна ответить в течение 200 мс.

0 мс-100 мс: ожидаемый интервал задержки.
100 мс-200 мс: рискованно.

Если время ответа превышает 200 мс, отключите услугу.

Если вы создаете панель мониторинга, вы можете отслеживать запросы и время их отклика. Исходя из этого, вы можете определить пороговый уровень.

🌟 Итак, схема автоматического выключателя работает следующим образом: если количество запросов (например, 75% запросов) достигает верхнего порога (150–200 мс), это означает, что служба медленно перестает работать.

Рисунок 15 Рисунок 16

🌟 Если количество вхождений превышает 200 мс (максимальный порог, указанный для службы), прокси-сервер определит, что эта служба больше не отвечает.

🌟 Что он делает дальше, так это запрос, который поступает к службе доступа A, отключается. он разрывает соединение между вашим прокси и службой A.

🌟 Теперь ваш прокси не перейдет на службу A. Это означает, что он не будет ждать.

Шаблонов проектирования для микросервисов — Шаблоны автоматических выключателей | Нисал Пубуду | Nerd For Tech

Фото circuitbreakercity.com

В моей предыдущей статье: Шаблоны проектирования для микросервисов — шаблон агрегатора и шаблон прокси , я обсуждал шаблон агрегатора и шаблон прокси, как их использовать и почему шаблоны проектирования имеют значение в микросервисах.Кроме того, если вы новичок в микросервисах, я настоятельно рекомендую вам ознакомиться с моими предыдущими двумя статьями: Introduction to Microservices & Best Practices for Microservices Architecture .

Вы когда-нибудь задумывались, почему в вашем доме автоматические выключатели? Если ваш дом питается от электричества, в нем должны быть автоматические выключатели, поскольку они контролируют и защищают электрические цепи, питающие розетки в вашем доме. Когда электричество проходит через главную сеть, оно всегда проходит через автоматические выключатели.Следовательно, если основная сеть ведет себя ненормально или если дополнительная мощность пытается течь, то соответствующий автоматический выключатель отключится. В результате внутренняя электропроводка вашего дома будет защищена. Таким образом, это поведение автоматических выключателей очень похоже на то, как работает шаблон проектирования автоматического выключателя.

Шаблон «Автоматический выключатель» — это популярный шаблон проектирования, используемый в архитектуре микросервисов, который попадает в категорию устойчивых шаблонов проектирования. В архитектуре микросервисов служба обычно вызывает другие службы для получения данных, и существует вероятность того, что нижележащая служба может быть недоступна.Это может быть вызвано медленным сетевым подключением, тайм-аутом или временной недоступностью. Таким образом, повторные вызовы могут решить проблему. Однако, если есть серьезная проблема с конкретным микросервисом, он будет недоступен в течение более длительного времени. В таком случае запрос будет постоянно отправляться этой службе, поскольку клиент не знает о том, что конкретная служба не работает. В результате сетевые ресурсы будут исчерпаны из-за низкой производительности и плохого взаимодействия с пользователем. Кроме того, отказ одной службы может привести к Каскадным сбоям во всем приложении.

Таким образом, вы можете использовать шаблон проектирования автоматического выключателя, чтобы решить эту проблему. С помощью этого шаблона клиент будет вызывать удаленную службу через прокси. Этот прокси будет в основном вести себя как автоматический выключатель. Таким образом, когда количество отказов превышает пороговое значение, автоматический выключатель срабатывает на определенный период времени. Тогда все попытки вызвать удаленную службу будут неудачными в течение этого периода ожидания. По истечении тайм-аута автоматический выключатель пропускает через него ограниченное количество тестовых запросов.Если эти запросы выполнены успешно, автоматический выключатель возвращается к нормальной работе. В противном случае, если произойдет сбой, период тайм-аута начнется снова.

Шаблон проектирования автоматического выключателя имеет три состояния:

1. Закрыто
2. Открыто
3. Полуоткрыто

Закрытое состояние

В этом состоянии автоматический выключатель направляет запросы в микросервис и подсчитывает количество сбои в каждый период времени. Значит, работает без сбоев.Но если количество отказов за определенный период времени превышает пороговое значение, цепь отключится и перейдет в состояние «Открыто».

Представляет закрытое состояние (blogs.halodoc.io)

Открытое состояние

Когда автоматический выключатель переходит в состояние «Разомкнуто», запросы от микросервисов немедленно завершаются ошибкой, и будет возвращено исключение. Однако по истечении тайм-аута автоматический выключатель перейдет в состояние «Half-Open».

Представление открытого состояния (blogs.halodoc.io)

Полуоткрытое состояние

В этом состоянии автоматический выключатель позволяет только ограниченному количеству запросов от микросервиса пройти и активировать операцию.Если эти запросы будут успешными, автоматический выключатель вернется в состояние «Замкнут». Однако, если какой-либо запрос снова терпит неудачу, он возвращается в состояние «открыто».

Представление полуоткрытого состояния (blogs.halodoc.io)

Основы проектирования автоматических выключателей

Выбор подходящего автоматического выключателя для вашего приложения очень важен. Что следует учитывать и как принять решение при таком большом количестве вариантов?

Автоматические выключатели везде. Если технология, продукт или часть оборудования работают на электричестве, скорее всего, они содержат по крайней мере один автоматический выключатель для обеспечения безопасности пользователей и внутренних компонентов.Автоматический выключатель — это любое устройство, которое автоматически размыкает цепь для прекращения протекания тока при обнаружении заранее определенного тока перегрузки. Он делает это без ущерба для себя, так что его можно сбросить, как только ток вернется в норму. Ток перегрузки может возникать по многим причинам, но потенциально опасен для персонала и оборудования. Это верно для электрических приложений в морских условиях, транспортных средствах, военных программах, телекоммуникационном и информационном оборудовании, промышленной автоматизации, бытовой технике, HVAC и возобновляемых источниках энергии, и это лишь некоторые из них.

Типы автоматических выключателей

При таком большом разнообразии применений автоматических выключателей неудивительно, что существует большое разнообразие конструкций и возможностей, адаптированных к любым потребностям. Инженеры, выбирающие автоматические выключатели, должны учитывать утверждения агентства, требуемые их отраслью, необходимые номинальные токи и напряжения, тип электрического входа, который будет видеть выключатель, желаемую мощность прерывания, а также любые необходимые временные задержки или защиту от сильного броска тока. Эти потребности будут определять общую технологию использования автоматического выключателя, а также подробные сведения о его возможностях.Существует три основных категории автоматических выключателей: гидравлические, магнитные, тепловые, а также выключатели утечки и замыкания на землю.

Гидравлический-магнитный

Гидравлический магнитный выключатель состоит из катушки измерения тока, соединенной последовательно с набором контактов. Катушка окружает немагнитную трубку задержки. Трубка, в свою очередь, содержит подвижный железный сердечник, смещенный пружиной. Узел катушки образует электромагнит. Когда контакты замкнуты, ток течет через катушку и создает магнитное поле.Магнитное поле действует на сердечник внутри трубки задержки в соответствии с правилом правой руки, втягивая его в центр катушки. Повышенный ток усиливает магнитное поле и, следовательно, силу, с которой сердечник втягивается в катушку.

По мере того, как все больше сердечника входит в катушку, увеличивающийся объем магнитного металла усиливает магнитное поле, увеличивая электромагнитную силу. В случае перегрузки по току сердечник еще сильнее втягивается в сердечник и к полюсному наконечнику.Когда сердечник полностью помещен в катушку, якорь магнитно притягивается к полюсному наконечнику. Якорь перемещается, освобождая механизм отключения и размыкая контакты, чтобы разорвать цепь. «Гидравлическая» часть этой технологии гидромолота относится к жидкости в немагнитном цилиндре, который содержит магнитный сердечник. Вязкость этой жидкости определяет, будет ли прерыватель выдерживать короткую, среднюю или длительную задержку реакции на токи, превышающие точку срабатывания. Это часто используется, когда ток может колебаться, но не до такой степени, чтобы повредить оборудование, или, что более часто, на оборудовании, требующем высокого броска тока, например, электродвигателе.Короткие замыкания создают мгновенное состояние перегрузки по току, мгновенное накопление магнитного поля и мгновенное отключение независимо от типа задержки.

Гидромагнитные выключатели имеют то преимущество, что они в значительной степени нечувствительны к изменениям температуры окружающей среды. Катушка измерения тока не имеет температурной чувствительности; вязкость гидравлической жидкости будет изменяться в зависимости от температуры, поэтому кривая задержки может незначительно изменяться при повышении или понижении температуры. Кроме того, этим выключателям не нужно нагреваться для достижения желаемой кривой задержки.Их также можно сбросить сразу после устранения перегрузки. Этот тип выключателя обычно используется в центрах обработки данных и телекоммуникационных приложениях, высоковольтных приложениях, таких как установки возобновляемой энергии и электромобили, а также в экстремальных температурных условиях.

Thermal

В тепловых выключателях используется биметаллическая полоса, электрически включенная последовательно с цепью. По мере увеличения тока полоса нагревается, но один металл деформируется больше в ответ на изменение температуры, чем другой.Эта неравномерная деформация приводит к изгибу всей полосы, разрыву цепи и срабатыванию выключателя. Эту простую конструкцию выключателя можно легко вернуть в исходное положение после отключения. Он также может работать как главный выключатель цепи. Однако его главный недостаток заключается в том, что на его работу влияют температуры окружающей среды. Когда окружающая среда теплая, прерыватель испытывает неприятные срабатывания при токах ниже желаемой уставки. Точно так же выключатель может не сработать при желаемом пороговом значении тока, если температура окружающей среды слишком низкая.Эти простые автоматические выключатели часто встречаются как часть узла автоматического выключателя, который также может включать в себя магнитный выключатель для реакции на условия короткого замыкания и исполнительный механизм для ручного включения или отключения цепи.

Утечка оборудования и замыкание на землю

Автоматические выключатели утечки и замыкания на землю сочетают в себе функцию прерывателя цепи при замыкании на землю (GFCI) с регулируемой максимальной токовой защитой гидравлического магнитного выключателя.GFCI сравнивают ток, возвращающийся к источнику питания (нейтраль), с током, выходящим из источника (фазой). Поскольку полярность фазной обмотки и нейтрали противоположны, равный ток в каждой из них, указывающий на нормальную работу, будет производить положительные и отрицательные электродвижущие силы (ЭДС), которые точно компенсируются. Если какой-либо ток протекает на землю, то результирующая ЭДС, отличная от нуля, обнаруживается электроникой выключателя и приводит к срабатыванию отключения, которое прекращает прохождение тока.

Эта схема измерения тока чрезвычайно чувствительна, позволяя автоматическим выключателям переводить оборудование в безопасный режим разомкнутой цепи при замыкании на землю, которое обычно не приводит к срабатыванию стандартного выключателя.Электроника также включает светодиодный индикатор при отключении, чтобы показать пользователям, что отключение произошло из-за утечки на землю, а не из-за перегрузки по току. Возможность быстро диагностировать причину поездки может предотвратить серьезное повреждение оборудования и снизить риск возгорания. Эти выключатели обычно используются в морских приложениях для защиты от замыканий на землю в ответвлении переменного тока. Их также можно использовать с переносными генераторами и силовыми цепями переменного тока.

Расширенные применения автоматических выключателей

Каждая технология автоматического выключателя занимает определенную нишу, когда речь идет о защите цепей и оборудования.Сегодня автоматические выключатели необходимы как никогда, поскольку устройства становятся все более зависимыми от интеллектуальной электроники и подключаются к Интернету вещей. Растущие и новые области применения полагаются на автоматические выключатели, особенно в категории гидромагнитных, для защиты чувствительной электроники и обеспечения безопасного перетока энергии к их приложениям. Центры обработки данных, солнечные энергетические установки, суровые условия окружающей среды и новейшие технологии — это лишь некоторые из областей, в которых интеллектуальные автоматические выключатели имеют значение.

Блоки распределения питания центра обработки данных

В телекоммуникационных центрах и центрах обработки данных необходимо разместить большое количество оборудования на небольшом пространстве, включая блоки распределения питания (PDU), которые передают питание на серверы. PDU, в свою очередь, нуждаются в автоматических выключателях для защиты чувствительной электроники от коротких замыканий и перегрузок по току. В этих замкнутых пространствах опасность возгорания и перегрева вызывает серьезную озабоченность. Инженеры, создающие центры обработки данных, ищут компактные, низкопрофильные автоматические выключатели с одним или двумя полюсами, которые обычно работают при токе от 1 до 30 А.Из-за количества энергии, используемой в этих центрах, автоматические выключатели для PDU должны иметь возможность отключать до 10 000 ампер в случае короткого замыкания.

Центры обработки данных также должны соответствовать отраслевым требованиям, таким как UL 489 в Северной Америке и IEC EN60947-2 в Европе. Например, UL 489 требует клеммных перегородок и минимального расстояния между компонентами. В некоторых центрах обработки данных инженеры могут сэкономить место с помощью автоматического выключателя, который также служит трансформатором тока, который может контролировать ток с точностью 99% и удаленно сообщать о мощности, потребляемой каждым устройством, подключенным к PDU.Такие трансформаторы также увеличивают эффективность распределения энергии и облегчают регулировку нагрузки.

Установки солнечной энергии

Установки солнечной энергии собирают электричество, создаваемое множеством фотоэлектрических элементов, и направляют его в центральную точку. Блоки сумматора, которые собирают потоки с разных панелей, обнаруживают высокие постоянные напряжения и токи. Схема в этих коробках, а также в выключателях аварийного отключения, нуждается в автоматических выключателях для защиты от условий перегрузки по току, которые могут создать риск пожара, который может повредить дорогое оборудование и быстро распространиться в безлюдных установках.Для этих массивов инженеры ищут гидравлические магнитные выключатели, которые работают с небольшими отклонениями как при высоких, так и при низких температурах, наблюдаемых в установке из-за воздействия элементов. Некоторые конструкции без проблем работают при температуре от -40 ° C до 85 ° C. Компактные выключатели помогают уменьшить размеры корпусов электронных устройств. Выключатели также должны выдерживать токи от 1 до 125 А и напряжение 600 В постоянного тока или выше.

На этих высоких рабочих уровнях дуга, возникающая при прерывании тока, может выделять значительное количество тепла, если ее не контролировать должным образом.В некоторых конструкциях используется конфигурация клемм, которая увеличивает магнитный поток. Возникающее в результате сильное магнитное поле вызывает дугу в дугогасительную камеру выключателя. Дугоделительные пластины со встроенными герметичными стенками быстро отводят тепло от дуги, предотвращая перегрев и способствуя полному гашению дуги. Автоматические выключатели в этих средах должны соответствовать отраслевым стандартам, таким как UL489, UL489B и TUV EN60947-2.

Суровые условия окружающей среды

Оборудование, которое должно работать в морской среде, на открытом воздухе или вне дорог, нуждается в электронике, способной работать в суровых условиях.Многие военные приложения также требуют оборудования, которое может выдерживать суровые условия окружающей среды, поэтому детали будут готовы ко всему. Независимо от того, что существует в суровых условиях окружающей среды — брызги воды, соленая вода, пыль или влажность — эти приложения нуждаются в электронике, защищенной от проникновения. Инженеры, выбирающие автоматический выключатель для таких применений, часто ищут блоки, у которых есть уплотнения как на панели, так и на тумблере. Такие блоки достаточно герметичны, чтобы получить степень защиты IP68.Цифра 6 указывает на то, что деталь полностью герметизирована от проникновения твердых частиц, а цифра 8 указывает на то, что ее можно погружать на глубину до 1,5 м на срок до 30 минут без повреждений. Для военных приложений параллельная спецификация — MIL-PRF-39019F.

Автоматические выключатели, отвечающие требованиям военного применения, использующие стандартные части (COTS), также соответствуют стандартам MIL-PRF-55629 и MIL STD 202, которые также проверяют устойчивость к вибрации и ударам. Это соответствие гарантирует, что они могут выдержать 0.060-дюймовые колебания от 10 до 55 Гц и вибрации 10 g, от 55 до 500 Гц, а также удары 100 g, 6 мс, оба при номинальном токе. Суровые условия также включают широкий диапазон температур от -40 ° C до 85 ° C и термические удары, такие как внезапное повышение с -55 ° C до + 25 ° C или снижение с + 85 ° C до + 25 ° C. Гидромагнитные выключатели превосходны в этой области благодаря своей нечувствительности к перепадам температуры. В связи с широким спектром применений, которые должны работать в суровых условиях, производители автоматических выключателей создают прочные, герметичные блоки с числом полюсов до трех и рассчитаны на работу в диапазоне от 0 до 0.2 и 30 А с различными вариантами напряжения.

Emerging Industries

Мир электроники развивается быстрее, чем когда-либо. Когда-то футуристические продукты, такие как газо-электрические гибридные автомобили, теперь стали обычным явлением, а чисто электрические транспортные средства и компоненты интеллектуальных зданий становятся повсеместными. Хотя эти приложения разнообразны, у них есть некоторые общие черты. Инженеры в области электромобилей и интеллектуального строительства ищут продукты, которые были бы компактными, легкими и не требующими обслуживания.Возможность передавать текущие данные об использовании и другую обратную связь также полезна в этих приложениях. Некоторые автоматические выключатели удовлетворяют этим требованиям, обеспечивая монтаж на DIN-рейку с соединителями клеммной шины и дополнительными вспомогательными контактами. Эти вспомогательные контакты могут питать световые индикаторы, чтобы дистанционно сигнализировать о состоянии выключателя. Эти устройства поставляются с протирочными контактами для увеличения срока службы. Они также соответствуют стандартам UL 489 и UL 1077, а также соответствующим кодам cUL, TUV, CSA и CCC.Такие выключатели могут быть от одного до четырех полюсов и с рабочим током от 0,1 до 63 ампер. Они могут быть указаны для постоянного напряжения 80 или 125 или переменного напряжения до 480 В.

Для приложений с более высоким током, таких как зарядка электромобилей, инженеры ищут выключатели, которые могут быть указаны для более высоких напряжений до 600 В переменного тока и токов в диапазоне от 0,1 до 100 А.

Выбор правильного автоматического выключателя

Набор доступных автоматических выключателей почти так же разнообразен, как и области применения, в которых они используются.Некоторые из них нечувствительны к температуре, в то время как другие полагаются на изменение температуры для определения условий перегрузки по току. Некоторые безопасно справляются с сильными токами, в то время как другие обнаруживают крошечные изменения в слаботочных приложениях. Некоторые из них предназначены для работы в экстремальных условиях, а другие оптимизированы, чтобы быть максимально компактными.

При выборе автоматического выключателя для конкретного применения инженер должен учитывать множество факторов, помимо номинальной силы тока и напряжения. Они включают время реакции, время сброса и возможность проектирования с задержкой; способность выдерживать удары и исключать попадание частиц и воды; температурные возможности; и форм-фактор.Таким образом, хотя автоматический выключатель может играть вспомогательную роль в проектировании инженера, выбор правильного — непростая задача.

Компании по производству автоматических выключателей имеют инженеров и экспертов по применению, которые могут помочь инженерам выбрать лучший автоматический выключатель для работы.

https://www.ept.ca/wp-content/uploads/2018/02/Basics-of-Design_CB-WP.pdf

Плюсы и минусы архитектурного шаблона автоматического выключателя

Общие сведения архитектурные шаблоны необходимы для масштабного проектирования архитектуры программного обеспечения.Их использование экономит не только время, но и обеспечивает надежную реализацию вашего дизайна. Нет необходимости изобретать велосипед, когда доступен архитектурный шаблон, применимый к разрабатываемой вами архитектуре.

Ниже приводится краткий обзор архитектурного шаблона автоматического выключателя.

Общие сведения о схеме автоматического выключателя

Шаблон «Автоматический выключатель» — это шаблон, в котором между вызывающим абонентом и целью размещается промежуточная услуга.Целью посреднической услуги является соблюдение условий в цели. В случае возникновения опасности процесс автоматического выключателя перенаправляет трафик на другую службу, имеющую логику для смягчения опасного состояния.

Рисунок 1. Шаблон архитектуры автоматического выключателя.

Аналогично, схема аналогична физическому выключателю для электрических линий. Когда электрическая линия перегружается и возникает риск перегрева и возникновения пожара, автоматический выключатель срабатывает и останавливает прохождение электричества через провод цепи.

Плюсы

• Использование автоматического выключателя для отказоустойчивого реагирования на возникновение опасного состояния — отличный способ предотвратить несчастные случаи до их возникновения.
• Обеспечивает хороший способ сделать системы отказоустойчивыми на высоком уровне активности.

Минусы

• Тестирование может быть сложнее, чем кажется. Требуется нечто большее, чем просто отключение автоматическим выключателем доступа к определенной услуге. Должны действовать различные реакции на отказ, и эти реакции необходимо проверять.
• Схемы сложно сделать разовыми. Им требуется технология управления инфраструктурой, такая как сервисная сеть, которая может управлять включением и выключением.

Собираем все вместе

С точки зрения устранения сбоев на общем уровне приложения, полагаться на каждый процесс в системе для устранения сбоев — это трудоемкое мероприятие. Вносить обновления на уровне процесса еще труднее. Использование шаблона «Автоматический выключатель» в сочетании с технологией управления системой, такой как сервисная сеть, позволяет разработчикам программного обеспечения применять глобальный подход к созданию отказоустойчивых систем.

Знакомство с шаблоном прерывателя цепи

Предположим, вы запускаете веб-службу, которая требует ввода и доставляет его другой серверной службе. Если бэкэнд-сервис какое-то время недоступен, то какую отказоустойчивую систему вам следует внедрить? Именно здесь на помощь приходит шаблон проектирования «Автоматический выключатель».

Давайте представим ситуацию, когда запрос поступает в приложение промежуточного слоя, и вам нужно вызвать другую удаленную внутреннюю службу. Если все идет нормально и гладко, приложение может перенаправить запрос в серверную службу и отправить ответ обратно клиенту.Но если серверная служба не работала, запрос не мог быть выполнен. Следующие несколько запросов от клиента также пытаются вызвать серверную службу и терпят неудачу. Здесь мы можем использовать модель автоматического выключателя для управления внутренними ошибками. В соответствии с шаблоном прерывателя цепи промежуточное ПО может находиться в следующих возможных состояниях.

Рисунок 1: Схема состояний выключателя

• Закрытое состояние: Как и в электронных схемах, закрытое состояние является рабочим состоянием.Запрос потока по указанному маршруту работает и не приводит к сбоям системы. Этот статус означает, что приложение запущено и работает. Здесь клиентское приложение было отправлено обратно в серверную часть, а ответ был отправлен обратно клиенту.
• Открытое состояние: Клиентский запрос направляется промежуточному приложению, но внутренний сервер недоступен. Схема находится в разомкнутом состоянии, как и в электронных схемах. Как только приложение переходит в это состояние, никакие последующие запросы не будут отправляться на внутренний сервер в течение указанного времени ожидания.Вместо попытки вызвать серверную службу приложение отвечает клиенту сообщением об ошибке.
• Half-Open: Состояние после того, как приложение находится в открытом состоянии в течение заданного времени ожидания. В этом состоянии приложение снова пытается отправить запрос обратно в серверную часть и проверить, доступна ли внутренняя служба. Если он доступен, запрос перейдет в закрытое состояние. Если серверная часть все еще недоступна, она вернется в открытое состояние.

Почему схема автоматического выключателя?

Предположим, у вас есть серверное приложение, которое выполняет запрос к базе данных и отправляет результат обратно клиенту. Представьте, что клиенты отправляют в вашу систему 10 000 транзакций в секунду. Внутренний сервер аварийно завершает работу и ожидает восстановления, но клиент все еще пытается отправить огромный объем трафика на внутренний сервер, который все еще пытается восстановить. В такой ситуации система должна быть спроектирована таким образом, чтобы она ждала некоторое время, пока услуга станет доступной.Как только серверная служба станет доступной, запросы можно будет отправлять снова.

Этот шаблон особенно полезен в таких ситуациях, как миграция базы данных и обновление программного обеспечения.

Автоматические выключатели в микросервисах

Контейнеры / виртуальные машины — это динамические объекты в микросервисной архитектуре. Контейнер может исчезнуть, а тем временем может быть запущен другой контейнер. Вся концепция микросервисов заключается в том, что может произойти сбой компонента, и сама архитектура микросервисов обрабатывает все эти сбои.Ожидание ошибок сделает вашу программную архитектуру более устойчивой.

Вот несколько практических сложных сценариев использования автоматических выключателей NGINX для балансировки нагрузки. В эталонной архитектуре микросервисов NGINX есть служба под названием Resizer, которая может изменять размер, вращать и сжимать изображение при загрузке изображения в систему. Эта операция изменения размера — это задание, интенсивно использующее ЦП и память, которое может вызвать ошибки нехватки памяти. Здесь мы можем разместить прерыватель цепи между сервисом Resizer и сервисом Image Uploader.

Рисунок 2: Автоматический выключатель в NGINX

Здесь служба Uploader проверяет состояние работоспособности службы Resizer и проверяет, достаточно ли памяти Resizer для выполнения операций. Если NGINX обнаружит, что служба неисправна, загрузчик распределяет нагрузки. Как только сбойная служба Resizer становится работоспособной, NGINX медленно возвращается к перезапущенной службе Resizer.

Реализация схемы выключателя

Вот практическое применение автоматического выключателя WSO2 Integrator Patten.WSO2 Integrator — это платформа промежуточного программного обеспечения с открытым исходным кодом, используемая для подключения различных веб-сервисов. Интегратор находится между двумя конечными точками. Одна конечная точка (клиент) отправляет запрос другой конечной точке (бэкэнд), и интегратор выполняет необходимое преобразование через последовательность посредников перед отправкой его в бэкэнд-оконечную точку. Этот сценарий может быть реализован со следующими конфигурациями на WSO2 Integrator.

Здесь мы идентифицируем API ServiceAPI, который пересылает входящее приложение в конечную точку серверной части.Входящие запросы обрабатываются посредником . Внутри этого посредника выполните перенаправление на конечную точку с именем «TimeoutEP». Ответ на эту конечную точку будет направлен посреднику . Здесь ответ серверной части отправляется обратно клиенту. Здесь раздел используется для записи информации об ошибке.

Определение конечной точки будет следующим.

В разделе конечных точек мы можем определить параметры тайм-аута для шаблона прерывателя цепи.URI адреса — это внутренний URI, на который перенаправляется запрос.

• initialDuration : это свойство используется для определения того, как долго (в миллисекундах) ждать до повторной попытки внутренней службы.
• retriesBeforeSuspension : Количество попыток перед переходом в состояние ожидания (состояние разомкнутой цепи).
• retryDelay : задержка между двумя ошибочными вызовами.

Заключение

Шаблон проектирования «Автоматический выключатель» — это базовый шаблон, используемый как в монолитных, так и в микросервисных развертываниях.Это помогает системе предотвратить отправку ненужных нагрузок отказавшей серверной службе. Это обеспечивает некоторую задержку серверной службе для восстановления после ошибок. Он играет основную роль в архитектуре микросервисов, поскольку контейнеры динамичны и могут умереть в любой момент. Платформа промежуточного программного обеспечения, которая используется для управления трафиком, должна быть подготовлена ​​к управлению приложением при выходе из строя внутреннего сервера. Короче говоря, шаблоны автоматического выключателя предоставляют элегантный способ обработки ошибок.

Что такое шаблон проектирования автоматического выключателя?

Автоматический выключатель — это шаблон проектирования программного обеспечения, используемый при разработке программного обеспечения, особенно при разработке программного обеспечения на основе микросервисов.Автоматический выключатель работает так же, как и электрический выключатель. Когда несколько служб связываются друг с другом для обслуживания определенного количества запросов, существует много возможностей того, что службы недоступны и не отвечают на запросы. Таким образом, когда служба A занята, пытаясь связаться с другой «недоступной» службой B, служба A также может стать «недоступной». Точно так же вся служба, которая пытается сообщить о «недоступной» службе, станет недоступной в каскаде. В этой статье давайте обсудим, что такое шаблон проектирования выключателя и как он решит указанную выше проблему.

Описание проблемы Объяснение

Все мы знаем, что шаблон проектирования микросервисов и сервис-ориентированная архитектура имеют больше преимуществ по сравнению с шаблоном монолитного проектирования. Например, высокая доступность, простота развертывания, хорошая отказоустойчивость. Но в то же время этот микросервис и шаблон проектирования, ориентированный на службы, имеют самый большой недостаток, заключающийся в том, что он попадет в цикл каскадных отказов, поскольку служба может находиться в том же или другом месте или даже в другой сети.Итак, для обработки этого каскадного сбоя из-за недоступности службы нам нужен шаблон проектирования. Итак, в этой статье мы увидим, что такое шаблон проектирования выключателя

.

Предположим, что программное обеспечение, ориентированное на сервис, и следующее сценарий

• У нас есть четыре разных сервиса, а именно Сервис A, B, C и D.
• По запросу клиента, сервис A будет соединяться с сервисом B и B с C и C с D.
• Но сервис D не удалось из-за некоторая причина.
• Таким образом, соединения, выполненные со службой D другими службами, будут ждать, а неотвечающая служба D останется в том же состоянии.
• Таким образом, служба C будет постоянно повторять попытки установить соединение со службой D. Таким образом, служба B и служба A.
• Это приведет к отказу каскадирования и всего приложения, либо часть службы станет недоступной

Отказ каскадного подключения между Услуги

Решение для отказа каскада

Предположим тот же сценарий, упомянутый выше.Кроме того, мы собираемся представить прокси, например систему, называемую автоматическим выключателем. Этот автоматический выключатель действует так же, как и автоматический выключатель. Это означает, что когда количество последовательных сбоев достигает определенного порогового уровня, поток подключения служб немедленно прерывается. По истечении заданного времени автоматический выключатель снова позволит ограниченному количеству служб установить связь. Если ограниченное количество запросов выполнено успешно, прерыватель цепи будет работать нормально и разрешит соединение.

Итак, продолжаем решение описанного выше сценария.

• Все соединения между службами будут проходить через прерыватель цепи.
• При отказе службы D и достижении определенного максимального количества отказов Автоматический выключатель для службы C сработает автоматический выключатель, и соединение немедленно прекратится.
• Затем открытое соединение начнет медленно обмениваться данными с ограниченным допустимым числом соединений для проверки стабильности недоступной службы.
• Если тестовые соединения выполнены успешно, связь между Сервисами возобновится в обычном режиме.
• Если соединения не работают, прерыватель цепи создаст событие Monitor & Alert или, если у нас есть какая-либо реализация самовосстановления, будет запущено.

Маршрутизация автоматического выключателя

Эталонная архитектура автоматического выключателя.

Давайте обсудим простой рабочий процесс или архитектуру шаблона проектирования автоматического выключателя. Автоматический выключатель должен иметь три состояния.

• Автоматический выключатель — Замкнутый — Разрешить подключение через
• Автоматический выключатель — Разомкнут — Разрыв соединения
• Автоматический выключатель — Ограниченное замыкание — Разрешить ограниченное количество подключений к тесту
Архитектура автоматического выключателя

Когда возникает запрос на подключение, он пересекает цепь. Сначала выключатель.

• Если соединение установлено успешно, выключатель останется замкнутым и разрешит связь.
• Если соединение не удается и количество попыток не превысило лимит, прерыватель цепи останется замкнутым и разрешит связь.
• Если соединение не удается и количество попыток превышает лимит, прерыватель цепи отключает и отключает . Итак, все запросы на подключение будут остановлены.
• Как только автоматический выключатель разомкнут, он попытается включить Limited retry для подключения.Это означает, что он начнет разрешать определенное ограниченное количество повторных попыток для проверки состояния соединения.
• Прерыватель цепи замкнет и обеспечит дальнейшую связь, когда повторных попыток подключения получают успешных .
• Если по-прежнему соединение сбой , то автоматический выключатель перейдет в разомкнутое состояние и активирует систему мониторинга и оповещения, или запустит самовосстановление или превентивный механизм .

Пример реализации автоматического выключателя

Давайте посмотрим на пример автоматического выключателя на Python. В python доступен замечательный модуль для реализации Circuit Breaker под названием «pybreaker». Итак, здесь, в этом примере, мы обсудим, как автоматический выключатель полезен при подключении к DB.

В качестве первого шага мы должны создать экземпляр автоматического выключателя.

  импортный пиропатрон
db_breaker = pybreaker.CircuitBreaker (fail_max = 5, reset_timeout = 60)  

Итак, в этом случае мы определили максимальное количество сбой 5 раз и таймаут сброса 60 секунд.

Чтобы познакомить этот автоматический выключатель с реальной логикой, мы собираемся использовать декоратор Python.

  @db_breaker
def example_db_operation (var):
    # Здесь твоя логика
    проходить

example_db_obj = example_db_operation (pass_var)  

Аналогично, если мы не собираемся использовать декоратор Python, тогда

  def example_db_operation (var):
    # Здесь твоя логика
    проходить

example_db_obj = db_breaker.call (example_db_operation, pass_var)  

Итак, если метод example_db_operation постоянно дает сбой для 5 раз, затем автоматический выключатель автоматически отключится и остановит все связь с «example_db_operation».

В Python есть еще один модуль, реализующий схему выключатель «автоматический выключатель».

Заключение

Автоматический выключатель — это образец проектирования. Таким образом, это не означает, что мы должны использовать один и только предложенный способ его реализации. Автоматический выключатель может быть реализован на любой платформе и на любом языке. Особенно, когда две службы, экземпляр или физическая сеть взаимодействуют друг с другом. Это очень полезно, особенно когда у вас есть несколько сервисов, полагающихся друг на друга как микросервисы.Речь идет о вашем творческом подходе к использованию шаблона проектирования автоматического выключателя при разработке программного обеспечения.

В этой статье мы обсудили, что такое конструкция автоматического выключателя. Паттерн и пример его реализации. В следующих статьях мы будем обсудить больше о Circuit Breaker и других схемах реализации микросервисов. Оставаться настроился и подписывайтесь на DigitalVarys, чтобы получать больше статей и учебные материалы по DevOps, Agile, DevSecOps и разработке приложений.

Опытный практик DevSecOps, технический блоггер, опыт в разработке решений в публичном и частном облаке.Участник сообщества Opensource.

Схема выключателя

в Эликсире · Аллан МакГрегор

Автоматический выключатель используется для обнаружения отказов и инкапсуляции логики предотвращения постоянного повторения отказа во время технического обслуживания, временного отказа внешней системы или неожиданных системных проблем.

В эпоху микросервисов у нас более чем вероятно будут сервисы, которые вызывают и зависят от внешних сервисов, находящихся вне нашего контроля.

Удаленные службы могут зависать, отказываться или перестать отвечать. Как мы можем предотвратить каскадное распространение этих отказов в системе и использование критически важных ресурсов?

Введите шаблон Автоматический выключатель . Этот паттерн был популяризирован в книге Майкла Найгарда «Освободи его» и таких мыслителей, как Мартин Фаулер.

Идея, лежащая в основе этого шаблона, очень проста: отказов неизбежны, и попытки предотвратить их полностью нереально .

Способ справиться с этими сбоями — заключить эти операции в какой-то прокси. Этот прокси-сервер отвечает за мониторинг недавних сбоев и использование этой информации для принятия решения о том, разрешить ли выполнение операции или вместо этого вернуть ранний сбой.

Этот прокси-сервер обычно реализуется как конечный автомат, который имитирует функциональность физического выключателя , у которого есть 3 состояния:

• Замкнут: В этом состоянии автоматический выключатель пропускает все запросы, отслеживая количество недавних отказов, и если количество отказов превышает определенный порог в течение определенного периода времени, он переключится на Открыто штат.
• Открыто: В этом состоянии никакие запросы не отправляются во внешнюю службу. Вместо этого мы либо не можем сразу вернуть расширение, либо возвращаемся к вторичной системе, такой как кеш.
• Half-Open: В этом состоянии ограниченному количеству запросов от приложения разрешено проходить и вызывать нашу внешнюю службу. В зависимости от результата этих запросов выключатель либо перейдет в замкнутое состояние, либо вернется в разомкнутое состояние, сбрасывая счетчик перед повторной попыткой размыкания.

Модель «Автоматический выключатель» предлагает несколько ключевых преимуществ, на которые стоит обратить внимание:

• Состояние Half-Open дает внешней системе время для восстановления без переполнения.
• Реализация состояния Open дает варианты того, как мы хотим обрабатывать сбой, будь то сбой сразу или возврат к уровню кэширования или вторичной системе.
• Этот шаблон также можно использовать для поддержания времени отклика за счет быстрого отклонения вызовов , которые могут завершиться ошибкой или тайм-аутом.

Пример

В нашем примере представим, что у нас есть следующий сценарий:

У нас есть агрегатор досок объявлений, который будет получать объявления о вакансиях из Github и других источников. Однако, поскольку мы используем несколько разных API-интерфейсов, мы рискуем достичь предела запросов или API не будет работать.

Давайте начнем с создания примера коннектора API для Github Jobs , который извлекает последние 50 опубликованных вакансий:

  defmodule прерыватель цепи.Api.GithubJobs делать
    ...
    @spec get_positions :: none
    def get_positions делать
        case HTTPoison.get (url ()) делать
        {: ок, ответ} -> {: ок, parse_fields (response.body)}
        {: ошибка,% HTTPoison.Error {id: _, причина: причина}} -> {: ошибка, причина}
        конец
    конец
    ...
конец  

файл : lib / circuit_breaker / api / github_jobs.ex

Все, что делает этот коннектор, — это отправляет запрос к jobs.github.com , извлекая JSON, анализируя его и возвращая список заданий.Если мы хотим проверить это, мы можем вручную вызвать get_positions в нашей консоли:

  iex (1)> CircuitBreaker.Api.GithubJobs.get_positions
{:Ok,
 [«Разработчик программного обеспечения», «Backend Engineer (w / m / d)»,
  "Senior Frontend Engineer (f / m / d)", ...]}  

Автоматический выключатель

Теперь, когда у нас есть возможность звонить, чтобы получать объявления о вакансиях, нам нужно построить наш автоматический выключатель, чтобы обернуть его вокруг адаптера API. Давайте посмотрим на каркас нашего переключателя.

  defmodule CircuitBreaker.Api.Switch do
  используйте GenStateMachine, callback_mode:: state_functions

  @ имя: circuit_breaker_switch
  @error_count_limit 8
  @time_to_half_open_delay 8000

  def start_link делать
    GenStateMachine.start_link (__ MODULE__, {: closed,% {error_count: 0}}, name: @name)
  конец

  def get_positions делать
    GenStateMachine.call (@ имя,: get_positions)
  конец
  ...
конец  

файл : lib / circuit_breaker / api / switch.ex

Для реализации нашего автоматического выключателя мы могли бы использовать поведение gen_statem напрямую или, в этом случае, использовать пакет GenStateMachine , который дает нам отслеживание и отчеты об ошибках и будет работать с деревом контроля.

Первые две добавленные функции:

• start_link : запустит автоматический выключатель с начальным состоянием и определенным именем.
• get_positions : это наш общедоступный клиентский API, который охватывает только что созданный нами адаптер Github Jobs .

Здесь важно отметить первую строку:

.

  использовать GenStateMachine, callback_mode:: state_functions  

В этом режиме обратного вызова каждый раз, когда вы выполняете call / 3 или cast / 2 , сообщение будет обрабатываться функцией state_name / 3 , имя которой совпадает с именем текущего состояния.В этом случае наши функции state_name будут open , closed , half_open .

Давайте продолжим и начнем с добавления нашего кода закрытого состояния:

.

  def closed ({: call, from},: get_positions, data) делать
    case CircuitBreaker.Api.GithubJobs.get_positions () делать
      {: ок, позиции} ->
        {: keep_state,% {error_count: 0}, {: reply, from, {: ok, position}}}
      {: ошибка, причина} ->
        handle_error (причина, от,% {data | error_count: data.error_count + 1})
    конец
  конец  

файл : lib / circuit_breaker / api / switch.ex

Все, что мы делаем, это вызываем API-адаптер get_positions и, в зависимости от результатов, либо возвращаем список позиций, либо обрабатываем ошибку.

Давайте прыгнем в терминал и попытаемся получить список позиций через наш автоматический выключатель:

  iex (1)> CircuitBreaker.Api.Switch.start_link
{: хорошо, #PID <0.231,0>}
iex (2)> CircuitBreaker.Api.Switch.get_positions
{:Ok,
 [«Разработчик программного обеспечения», «Backend Engineer (w / m / d)»,
  "Senior Frontend Engineer (f / m / d)", ...]}  

Давайте добавим функцию для двух других состояний и рассмотрим, как работает изменение состояния схемы.

  def half_open ({: call, from},: get_positions, data) do
    case CircuitBreaker.Api.GithubJobs.get_positions () делать
      {: ок, позиции} ->
        {: next_state,: closed,% {count_error: 0}, {: reply, from, {: ok, позиции}}}
      {: ошибка, причина} ->
        open_circuit (от, данные, причина, @time_to_half_open_delay)
    конец
  конец

  def open ({: call, from},: get_positions, data) делать
    {: keep_state, data, {: reply, from, {: error,: circuit_open}}}
  конец

  def open (: info,: to_half_open, data) делать
    {: next_state,: half_open, data}
  конец  

И давайте добавим пару частных служебных функций:

  defp handle_error (причина, от, данные =% {error_count: error_count}), когда error_count> @error_count_limit do
      open_circuit (от, данные, причина, @time_to_half_open_delay)
  конец

  defp handle_error (причина, откуда, данные) делать
    {: keep_state, data, {: reply, from, {: error, cause}}}
  конец

  defp open_circuit (от, данные, причина, задержка) делать
    Процесс.send_after (@ имя,: to_half_open, задержка)
    {: next_state,: open, data, {: reply, from, {: error, cause}}}
  конец  

Большая часть волшебства происходит в функции open_circuit , где мы делаем две вещи:

• Во-первых, мы планируем сообщение, чтобы установить состояние выключателя на half_open после указанной задержки.
• Во-вторых, мы возвращаем новое состояние, устанавливая автоматический выключатель полностью разомкнут .

Через 8000 миллисекунд выключатель, теперь находящийся в разомкнутом состоянии, получит наше запланированное сообщение и изменит состояние на half_open .

Наконец, во время состояния half_open мы попытаемся выполнить вызовы конечной точки API, а в случае сбоя мы автоматически переключимся обратно на полностью open и попробуем снова.

Выводы

Автоматические выключатели — это ценный образец в нашем арсенале, поскольку они могут помочь повысить стабильность системы и предоставить более надежный способ обработки ошибок с помощью удаленных сервисов.

Этот пример лишь поверхностно коснулся того, что можно делать с автоматическими выключателями.Есть много возможностей для дальнейшего расширения этого шаблона, например:

• Улучшите логику отключения выключателя, также изучив тип ошибок и частоту.
• Добавьте мониторинг и регистрацию при изменении состояния выключателя.
• Возврат к вторичной службе или уровню кеширования перед возвратом ошибки.

Наконец, как и в случае с любым шаблоном, важно иметь в виду вариант использования и решить, желательно ли такое поведение.

Полный код этого примера можно найти в circuit_breaker_example

.

Дополнительная литература

.