Токовые характеристики автоматических выключателей

Конструктивное устройство автомата

Современные автоматические выключатели принципиально практически ничем не отличаются и имеют в своем составе два устройства: электромагнитный и тепловой расцепители.

Тепловой расцепитель состоит из биметаллической пластины, которая имеет свойство нагреваться при прохождении через нее тока. Если значение тока, проходящего длительное время через автомат, превышает номинальное пропускное значение, то пластина сильно нагревается, изгибается и воздействует на механизм, который отключает данный автомат.

Электромагнитный расцепитель (соленоид) – представляет собой катушку с намотанной на нее проволокой с сердечником и пружиной. Данный механизм защищает электрическую сеть от больших токов (например, из-за короткого замыкания) и мгновенно отключает электропитание при возникновении такой ситуации. Принцип действия прост: при возникновении сверхтока в обмотке катушке появляется наведенный магнитный поток, который перемещает сердечник, тот воздействует на механизм расцепителя и отключает автоматический выключатель.

Как выбрать автоматический выключатель

Часто думают, что выбор автомата по мощности нагрузки очень прост: взять мощность всех подключаемых приборов, поделить на напряжение сети и получится номинал автомата. Данное правило исходит из законов физики и в целом верно

Но для грамотного выбора защитного устройства важно учесть поперечное сечение отходящих проводников

Итак, разберемся в вопросе «Как выбрать автоматический выключатель?».

Пример №1

Вы решили заменить электрический щиток со всеми автоматическими выключателями, но проводку решили оставить старую из советского алюминия, которая есть повсеместно в старых домах.

Вне зависимости от того, в каком состоянии у вас алюминиевая электрическая проводка в квартире, вариант у вас один: не ставить защитный автомат номиналом выше 16 А на каждую линию.

Давайте разберёмся, почему только такой вариант.

В ПУЭ таблицу 1.3.5 «Допустимый длительный ток для проводников с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами» у алюминиевых проводов сечением 2,5 мм.кв. указан допустимый ток в 19 А.

Это значит, что длительно и безопасно через данную линию может протекать ток не более 19 А. Автоматический выключатель при расчётах всегда выбирается близкий в наименьшую сторону, для того, чтобы был запас по току. Если в расчетах получается 19А, то правильный выбор автомата по мощности нагрузки будет устройство на 16А.

В такой ситуации выход только один: если у вас много приборов, то не следует их включать одновременно. Старайтесь разделить по времени работу электроприборов.

Например, сначала работает электрический чайник, после этого посудомойка моет посуду, а по завершении вы включаете стиральную машину. Тогда у вас все будет работать исправно и автомат не будет постоянно отключаться.

Если же вы хотите не думать о том, какой прибор включать и забыть о том, что нельзя включат одновременно, то лучшим решением будет заменить электропроводку.

Пример №2

Вы решили заменить электропроводку и автоматические выключатели полностью.

В ходе такого ремонта вы в любом случае будете разделять линии и ставить несколько автоматических выключателей для разных комнат и групп приборов, соответственно придется монтировать электрический щиток со множеством автоматов.

Для решения этого вопроса вам необходимо действовать по плану, указанному ранее: рассчитать максимальную мощность электрических приборов на каждую линии, выбрать сечение силового кабеля относительно мощности подключаемых приборов и защитить эту линию автоматом необходимого номинала.

Для понимания всего вышесказанного приведем дополнительный пример выбора.

Что показано на графике время токовой характеристики

На примере 16-Амперного автомата, имеющего время токовую характеристику C, попробуем рассмотреть характеристики срабатывания автоматических выключателей.

На графике можно увидеть, как протекающий через автоматический выключатель ток влияет на зависимость времени его отключения. Кратность тока протекающего в цепи к номинальному току автомата (I/In) изображает ось Х, а время срабатывания, в секундах – ось У.

Выше говорилось, что в состав автомата входит электромагнитный и тепловой расцепитель. Поэтому график можно разделить на два участка. Крутая часть графика показывает защиту от перегрузки (работа теплового расцепителя), а более пологая часть защиту от КЗ (работа электромагнитного расцепителя).

Как видно на графике если к автомату С16 подключить нагрузку 23 А то он должен отключится за 40 сек. То есть при возникновении перегрузки на 45 % автомат отключится через 40 сек.

На токи большой величины, которые могут привести к повреждению изоляции электропроводки автомат способен реагировать мгновенно благодаря наличию электромагнитного расцепителя.

При прохождении через автомат С16 тока 5×In (80 А) он должен сработать через 0.02 сек (это если автомат горячий). В холодном состоянии, при такой нагрузке, он отключится в пределах 11 сек. и 25 сек. (для автоматов до 32 А и выше 32 А соответственно).

Если через автомат будет протекать ток равный 10×In, то он отключается за 0,03 секунды в холодном состоянии или меньше чем за 0,01 секунду в горячем.

К примеру, при коротком замыкании в цепи, которая защищена автоматом С16, и возникновении тока в 320 Ампер, диапазон времени отключения автомата будет составлять от 0,008 до 0,015 секунды. Это позволит снять питание с аварийной цепи и защитить от возгорания и полного разрушения сам автомат, закоротивший электроприбор и электропроводку.

Автоматы с какими характеристиками предпочтительнее использовать дома

В квартирах по возможности необходимо обязательно применять автоматы категории B, которые являются более чувствительными. Данный автомат отработает от перегрузки так же, как и автомат категории С. А вот о случае короткого замыкания?.

Если дом новый, имеет хорошее состояние электросети, подстанция находится рядом, а все соединения качественные, то ток при коротком замыкании может достигать таких величин, что его должно хватить на срабатывание даже вводного автомата.

Ток может оказаться малым при коротком замыкании, если дом является старым, а к нему идут плохие провода с огромным сопротивлением линии (особенно в сельских сетях, где большое сопротивление петли фаза-нуль) – в таком случае автомат категории C может не сработать вообще. Поэтому единственным выходом из этой ситуации является установка автоматов с характеристикой типа В.

Следовательно, время токовая характеристика типа В является определенно более предпочтительной, в особенности в дачной или сельской местности или в старом фонде.

В быту на вводной автомат вполне целесообразно ставить именно тип С, а на автоматы групповых линий для розеток и освещения – тип В. Таким образом будет соблюдена селективность, и где-нибудь в линии при коротком замыкании вводной автомат не будет отключаться и «гасить» всю квартиру.

Похожие материалы на сайте:

• Принцип работы автоматического выключателя
• Устройство модульных автоматических выключателей
• Выбор автоматов для квартиры

Разновидности автоматических выключателей

Мини-автоматы

Такие устройства используются в слаботочных цепях и, за редким исключением, являются нерегулируемыми. Характеризуются током отсечки (А) в пределах 4,5 – 15). Как правило, подобные автоматические выключатели применяются для защиты электропроводки в жилых, административных, складских строениях. То есть там, где нагрузка на линию не столь значительна (освещение, простейшие бытовые приборы).

Групповые автоматы

Они рассчитаны на больший ток срабатывания (до 125), и используются для защиты не отдельных «ниток», а нескольких приборов, подключаемых к одной фазе.

Автоматы воздушные

Это в основном многополосные модели автоматических выключателей (для одновременной защиты до 4-х линий), и их ток срабатывания намного выше (предел – 6 500 А). Они устанавливаются в цепи питания мощных потребителей. Один из их существенных плюсов – возможность изменять параметры, то есть производить настройку по току срабатывания, сообразуясь со спецификой схемы и особенностями эксплуатации автоматического выключателя.

Ассортимент автоматических выключателей достаточно обширный, поэтому перечислить значения всех номиналов по току для каждого типа изделий нереально. Приведенные ниже таблицы частично позволяют решить проблему выбора оптимального варианта.

Коротко принцип работы и предназначение защитных автоматов

Автоматический выключатель при коротком замыкании срабатывает практически моментально благодаря электромагнитному расцепителю. При определённом превышении номинального значения тока нагревающаяся биметаллическая пластина отключит напряжение спустя некоторое время, которое можно узнать из графика время токовой характеристики.

Данное предохранительное устройство защищает проводку от КЗ и сверх токов, превышающих расчётное значение для данного сечения провода, которые могут разогреть токопроводящие жилы до температуры плавления и возгорания изоляции. Чтобы этого не произошло, нужно не только правильно подобрать защитный выключатель, соответствующий мощности подключаемых устройств, но и проверить, выдержит ли имеющаяся сеть такие нагрузки.

Внешний вид трех полюсного автоматического выключателя

Провода должны соответствовать нагрузке

Очень часто бывает, что в старом доме устанавливается новый электросчётчик, автоматы, УЗО, но проводка остаётся старой. Покупается много бытовой техники, суммируется мощность и под неё подбирается автомат, который исправно держит нагрузку всех включённых электроприборов.

Вроде всё правильно, но вдруг изоляция проводов начинает выделять характерный запах и дым, появляется пламя, а защита не срабатывает. Это может случиться, если параметры электропроводки не рассчитаны на такой ток.

Допустим, поперечное сечение жилы старого кабеля — 1,5мм², с максимально допустимым пределом по току в 19А. Принимаем, что одновременно к нему подключили несколько электроприборов, составляющих суммарную нагрузку 5кВт, что в токовом эквиваленте составляет приблизительно 22,7А, ему соответствует автомат 25А.

Провод будет разогреваться, но данный автомат будет оставаться включённым все время, пока не произойдёт расплавление изоляции, что повлечёт короткое замыкание, а пожар уже может разгораться полным ходом.

кабель силовой NYM

Защитить самое слабое звено электропроводки

Поэтому, прежде чем сделать выбор автомата соответственно защищаемой нагрузке, нужно удостовериться, что проводка данную нагрузку выдержит.

Согласно ПУЭ 3.1.4 автомат должен защищать от перегрузок самый слабый участок электрической цепи, или выбираться с номинальным током, соответствующим токам подключаемых электроустановок, что опять же подразумевает их подключение проводниками с требуемым поперечным сечением.

При игнорировании этого правила не стоит нарекать на неправильно рассчитанный автомат и проклинать его производителя, если слабое звено электропроводки вызовет пожар.

Расплавленная изоляция проводов

Расчет номинала автомата

Допускаем, что проводка новая, надёжная, правильно рассчитанная, и соответствует всем требованиям. В этом случае выбор автоматического выключателя сводится к определению подходящего номинала из типичного ряда значений, исходя из расчетного тока нагрузки, который вычисляется по формуле:

I=P/U,

где Р – суммарная мощность электроприборов.

Подразумевается активная нагрузка (освещение, электронагревательные элементы, бытовая техника). Такой расчет полностью подходит для домашней электросети в квартире.

Допустим расчет мощности произведён: Р=7,2 кВт. I=P/U=7200/220=32,72 А. Выбираем подходящий автомат на 32А из ряда значений: 1, 2, 3, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100.

Данный номинал немного меньше расчётного, но ведь практически не бывает одновременного включения всех электроприборов в квартире. Также стоит учитывать, что на практике срабатывание автомата начинается со значения в 1,13 раза больше от номинального, из-за его времятоковой характеристики, то есть 32*1,13=36,16А.

Для упрощения выбора защитного автомата существует таблица, где номиналы автоматов соответствуют мощности однофазной и трёхфазной нагрузки:

Таблица выбора автомата по току

Найденный по формуле в вышеприведённом примере номинал наиболее близок по значению мощности, которое указано в выделенной красном ячейке. Также, если вы хотите рассчитать ток для трехфазной сети, при выборе автомата, ознакомьтесь со статьей про расчет и выбор сечения провода 

Подбор защитных автоматов для электрических установок (электродвигателей, трансформаторов) с реактивной нагрузкой, как правило, не производится по мощности. Номинал и тип время токовой характеристики автоматического выключателя подбирается соответственно рабочему и пусковому току, указанному в паспорте данного устройства.

Параметры автоматических выключателей

Для обеспечения правильного выбора номинала устройств отключения необходимо понимание принципов их работы, условий и времени срабатывания.

Рабочие параметры автоматических выключателей стандартизированы российскими и международными нормативными документами.

Основные элементы и маркировка

В конструкцию выключателя входят два элемента, которые реагируют на превышение силой тока установленного диапазона значений:

• Биметаллическая пластина под воздействием проходящего тока нагревается и, изгибаясь, надавливает на толкатель, который разъединяет контакты. Это “тепловая защита” от перегрузки.
• Соленоид под воздействием сильного тока в обмотке генерирует магнитное поле, которое давит сердечник, а тот уже воздействует на толкатель. Это “токовая защита” от короткого замыкания, которая реагирует на такое событие значительно быстрее, чем пластина.

Типы устройств электрической защиты обладают маркировкой, по которой можно определить их основные параметры.

На каждом автоматическом выключателе обозначены его основные характеристики. Это позволяет не перепутать устройства, когда они установлены в щитке

Тип времятоковой характеристики зависит от диапазона уставки (величины силы тока при которой происходит срабатывание) соленоида. Для защиты проводки и приборов в квартирах, домах и офисах используют выключатели типа “C” или, значительно менее распространенные – “B”. Особенной разницы между ними при бытовом применении нет.

Тип “D” используют в подсобных помещениях или столярках при наличии оборудования с электродвигателями, которые имеют большие показатели пусковой мощности.

Существует два стандарта для устройств отключения: жилой (EN 60898-1 или ГОСТ Р 50345) и более строгий промышленный (EN 60947-2 или ГОСТ Р 50030.2). Они отличаются незначительно и автоматы обоих стандартов можно использовать для жилых помещений.

По номинальному току стандартный ряд автоматов для использования в бытовых условиях содержит приборы со следующими значениями: 6, 8, 10, 13 (редко встречается), 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.

Время-токовые характеристики срабатывания

Для того чтобы определить быстроту срабатывания автомата при перегрузке существуют специальные таблицы зависимости времени отключения от коэффициента превышения номинала, который равен отношению существующей силы тока к номинальной:

K = I / I_n.

Резкий обрыв вниз графика при достижении значения коэффициента диапазона от 5 до 10 единиц, обусловлен срабатыванием электромагнитного расцепителя. Для выключателей типа “B” это происходит при значении от 3 до 5 единиц, а для типа “D” – от 10 до 20.

График показывает зависимость диапазона времени срабатывания автоматов типа “C” от отношения силы тока к значению, которое установлено для этого выключателя

При K = 1,13 автомат гарантированно не отключит линию в течение 1 часа, а при K = 1,45 – гарантированно отключит за это же время. Эти величины утверждены в п. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010.

Чтобы понять, за какое время сработает защита, например, при K = 2, необходимо провести вертикальную линию от этого значения. В результате получим, что согласно приведенному графику, отключение произойдет в диапазоне от 12 до 100 секунд.

Столь большой разброс времени обусловлен тем, что нагрев пластины зависит не только от мощности проходящего через нее тока, но и параметров внешней среды. Чем выше температура, тем быстрее срабатывает автомат.

Зачем целых три серии?

Для удобства выбора выключателей под конкретный проект. Выключатели в этих сериях называются ВА 99, ВА 99М и ВА 99С и делятся внутри серии по номинальному току и габаритным размерам, а также типу расцепителя.

Рассмотрим каждую серию в отдельности.

Серия автоматов ВА 99 PROxima является самой полной серией выключателей в литом корпусе от компании EKF. Выключатели ВА99 выпускаются в шести токовых типоразмерах в линейке с диапазоном номинальных токов от 12,5 до 1600А. Расцепители в выключателях могут быть термомагнитными и электронными.

К этой серии аппаратов есть большое количество аксессуаров для реализации автоматического и дистанционного управления и сигнализации, а также аксессуары для улучшения электробезопасности персонала и для удобство монтажа и предотвращения аварий.

Автоматические выключатели серии ВА-99М являются более экономичной модификацией выключателей серии ВА-99.

ВА-99М отличаются от серии ВА-99 тем, что выпускаются только с термомагнитными расцепителями и на них отсутствуют дополнительные устройства. Эта базовая серия применяется в проектах, где не нужна большая степень автоматизации и дополнительные возможности, а достаточно только главных функций аппарата — коммутация и защита, с чем ВА99М успешно справляется.

Аппараты серии ВА99С ограничиваются номинальным током в 630А и созданы для таких проектов, где требуется тонкая настройка расцепителя аппарата в широком диапазоне (например, обеспечение селективности) и высокая устойчивость к тяжёлым условиям коммутаций. Эти автоматические выключатели, так же как и ВА99 имеют ряд дополнительных аксессуаров для реализации дистанционного и автоматического управления и сигнализации, варианты расцепителя – электронный или термомагнитный. Но в отличие от предыдущих серий, главные силовые контакты этих аппаратов имеют двойной разрыв! Это позволяет снизить влияние дуги при отключении выключателя, что значительно увеличивает срок его службы и устойчивость к аварийным режимам.

Технические характеристики всех трёх серий выключателей в литом корпусе от EKF приведены ниже, а также вы можете найти их в нашем печатном Мастер-каталоге и на сайте компании EKF в разделе Продукция.

Применяя силовое оборудование EKF, каждый участник рынка получает ощутимую выгоду – с силовыми автоматическими выключателями EKF любой партнер всегда получает прибыль и быстро оборачивает товар, потому что его клиенты могут найти в ассортименте EKF продукцию под любой проект и быть уверенными в качестве и надежности товара.

Для сборщиков НКУ и монтажников мы предлагаем конкретные решения с использованием самого качественного оборудования.

Силовой автоматический выключатель ВА-99 PROxima — самый применяемый автомат

Предельная коммутационная способность (ПКС):

• 25кА – до 125А
• 35кА – до 1000А
• 50кА – до 1600А

Номиналы:

• 12,5…1600A
• Исполнение: 3п (3п+N под заказ)

Отличительные особенности данной серии:

1. Настройки срабатывания термомагнитного расцепителя в зоне теплового расцепления Ir=0.8÷1* In.

Для номинала ВА-99 800/1000А, регулировки настроек срабатывания:

от перегрузок:

Регулируемая уставка по току Ir=0,8-1*In

от сверхтоков

Регулируемая уставка по току тока Im=5÷10* In

L – настройка функции защиты перегрузки цепи по току 0,4 – 1 хIn по времени задержки 3-18 секунд

S – настройка функции защиты от сверхтока (КЗ) по току 1 – 10 хIn по времени задержки 3-18 секунд

I — настройка функции защиты от мгновенных значений тока КЗ по току 1,5– 12 хIn

G — настройка функции защиты от неисправности заземления по току 0,2 – 1 хIn по времени задержки 0,1-0,8 секунд

Силовые автоматы ВА99М Basic — простой надежный автомат

ПКС:

• от 20кА до 100А
• До 50кА-630А, 800А

Номиналы:

• 16…1600A
• Исполнение: 3P (3P+N под заказ)

ВА-99М/63	ВА-99М/100	ВА-99М/250	ВА-99М/400

ВА-99М/630	ВА-99М/800	ВА-99М/1250	ВА-99М/1600

Каковы критерии отбора оборудования

Если всё-таки отдали предпочтение дифавтомату, как продукту современных технологий, внимательно выбирайте изделие. Тщательным образом ознакомьтесь с его техническими данными

При выборе автомата по мощности нагрузки, обращают внимание на следующее:

• напряжение и фазы: изделия по номинальному однофазному и трёхфазному типу, 220В и 360 В, соответственно. В первом вариант одна клемма, во втором – три для подключения. Все показатели указываются в паспорте на оборудование и маркируются на внешней стороне корпуса;
• сила тока утечки: обозначается греческим символом «дельта» и исчисляется в миллиамперах. Корректно подобрать можно, основываясь на такие данные: на дом в целом – до 350 мА, на конкретную группу – 30 мА, точки и освещение – 30мА, одиночные точки – 15мА, бойлер – 10мА;
• класс оборудования: А – сработка в результате утечки постоянного напряжения. АС – при утечке переменного тока;
• защита от порыва «ноля»: при обнаружении подобного, система идентифицирует это как порыв и отключает оборудование;
• время отключения: обозначается символом Tn и не должно превышать 0,3 секунды.

Для бытовых нужд наиболее распространёнными являются приборы с маркировкой «C» и диапазоном 25А. Монтаж вводных конструкций требует более мощных в виде C50, 65, 85, 95. Розетки и прочие точки – C15, 25. Приборы освещения – C7, 12, электрическая плита – C40. Можно сказать, что это временная характеристика максимальной кратковременной мощности тока, которую может выдержать автомат и не сработать. «C» означает, что автомат срабатывает при превышении номинального тока в 5-10 раз.

Пример выбора автоматического выключателя

В современной квартире используются все перечисленные выше устройства (совокупной мощностью 7,75 кВт) и дополнительно следующие наименования (показатели указаны в кВт).

• чайник – 1,2;
• духовка – 1,2;
• обогреватель – 1,4.

Суммарная нагрузка на электросеть – 11,55 кВт. Как выбрать АВ таком случае:

1. Вычислить номинал, используя формулу Ома. 11500/220 = 52,5 А.
2. Подобрать проводник, который соответствует показателю 52,5 А или выше. В зависимости от производителя, ДДТ с таким номиналом может выдерживать алюминиевая жила 10 мм или 16 мм.
3. Так как электросеть бытового пользования, подбирается АВ типа C.

Как они работают

Существует два основных способа отключения автоматов: тепловой и электромагнитный. Во-первых задействован механизм теплового расширения и сжатия материалов, тогда как во-вторых – способность электрического тока вызывать электромагнитное поле, которое может механически воздействовать на материальные объекты. Эти методы служат разным целям, и, как правило, они оба применяются в любом автоматическом выключателе.

Тепловое расцепление

Этот вид защиты электрической сети оберегает цепь от скачков силы тока, которые иногда случаются при неполадках на линии и у потребителя. В автомате ток проходит не через провод, а через особую биметаллическую пластину (это пластина, изготовленная из разных металлов, соединенных “бутербродом”), и когда его величина становится слишком большой, пластина нагревается.

Но так как разные ее части имеют разную теплоемкость, одна сторона греется сильнее, и потому вся конструкция начинает не просто расширяться, как было бы в случае с обычной металлической пластиной, а изгибаться. Изогнутая часть начинает давить на кнопку отключения от сети, и при определенном усилии, автомат срабатывает.

В автомате ток проходит не через провод, а через особую биметаллическую пластину, и когда его величина становится слишком большой, пластина нагревается

Электромагнитное расцепление

Второй способ выключения – основан на способности электромагнитного поля двигать металлические предметы. Катушка (соленоид) – это аналог постоянного магнита, и при протекании через нее тока, она тоже приобретает свойство притягивать и отталкивать металлы.

Внутрь катушки вставляют стальной сердечник, прикрепленный пружинкой, и когда сила тока в витках катушки достигает порогового значения, магнитное давление превышает силу сопротивления пружины, и выталкивает сердечник прямо на кнопку. От удара она срабатывает, и автомат отключает защищаемый участок от электрической сети.

Примеры выбора плавких предохранителей и автоматических выключателей

Список источников

• electricvdome.ru
• sovet-ingenera.com
• www.elec.ru
• pauk.top
• infoelectrik.ru
• masterim.guru
• housetronic.ru
• heatting.ru