В этой статье мы рассмотрим основные характеристики автоматических выключателей, которые необходимо знать, чтобы правильно ориентироваться при их выборе — это номинальный ток и время токовые характеристики автоматических выключателей .

Напомню, что эта публикация входит в серию статей и видео, посвященных электрическим аппаратам защиты из курса

Основные характеристики автоматического выключателя указываются на его корпусе, где также наносится торговая марка или бренд производителя и каталожный либо серийный номер.

Самая главная характеристика автоматического выключателя - номинальный ток . Это максимальный ток (в Амперах), который может протекать через автомат бесконечно долго, не отключая защищаемую цепь. При превышении протекающим током этой величины, автомат срабатывает и размыкает защищаемую цепь.

Ряд значений номинального тока автоматических выключателей стандартизован и составляет:

6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100А.

Величина номинального тока автомата указывается на его корпусе в амперах и соответствует температуре окружающей среды +30˚С. С увеличением температуры, значение номинального тока снижается.

В момент подключения в электрическую сеть некоторых потребителей, например, холодильников, пылесосов, компрессоров и др. в цепи кратковременно возникают пусковые токи, которые могут в несколько раз превышать номинальный ток автомата. Для кабеля такие кратковременные броски тока не страшны.

Поэтому, чтобы автомат не выключался каждый раз при небольшом кратковременном возрастании тока в цепи, применяют автоматы с разными типами время-токовой характеристики.

Таким образом, следующая основная характеристика:

время-токовая характеристика срабатывания автоматического выключателя - это зависимость времени отключения защищаемой цепи, от силы протекающего через нее тока. Ток указывается как отношение к номинальному току I/Iном, т.е. во сколько раз протекающий через автомат ток превышает номинальный для данного автоматического выключателя.

Важность этой характеристики заключается в том, что автоматы с одинаковым будут отключаться по-разному (в зависимости от типа время-токовой характеристики). Это дает возможность уменьшить количество ложных срабатываний, применяя автоматические выключатели с различными токовыми характеристиками для разных типов нагрузки,

Рассмотрим типы время-токовых характеристик:

— Тип A (2-3 значения номинального тока) применяются для защиты цепей с большой протяженностью электропроводки и для защиты полупроводниковых устройств.

— Тип B (3-5 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с малым значением кратности пускового тока с преимущественно активной нагрузкой (лампы накаливания, обогреватели, печи, осветительные электросети общего назначения). Показаны для применения в квартирах и жилых зданиях, где нагрузки в основном активные.

— Тип C (5-10 значений номинального тока) применяются для защиты цепей установок с умеренными пусковыми токами — кондиционеры, холодильники, домашние и офисные розеточные группы, газоразрядные лампы с повышенным пусковым током.

— Тип D (10-20 значений номинального тока) применяются для защиты цепей, питающих электроустановки с высокими пусковыми токами (компрессоры, подъемные механизмы, насосы, станки). Устанавливаются, в основном, в производственных помещениях.

— Тип K (8-12 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с индуктивной нагрузкой.

— Тип Z (2,5-3,5 значений номинального тока) применяются для защиты цепей с электронными приборами, чувствительными к сверхтокам.

В быту обычно используются с характеристиками B ,C и очень редко D . Тип характеристики обозначается на корпусе автомата латинской буквой пред значением номинального тока.

Маркировка «С16» на автоматическом выключателе будет обозначать, что он имеет тип мгновенного расцепления С (т.е. срабатывает при величине тока от 5 до 10 значений от номинального тока) и номинальный ток, равный 16 А.

Время-токовая характеристика автоматического выключателя обычно приводится в виде графика. На горизонтальной оси указывается кратность значения номинального тока, а по вертикальной оси — время срабатывания автомата.

Широкий диапазон значений на графике обусловлен разбросом параметров автоматических выключателей, которые зависят от температуры — как внешней, так и внутренней, поскольку автоматический выключатель нагревается проходящим через него электрическим током, особенно, при аварийных режимах — током перегрузки или током короткого замыкания (КЗ).

На графике видно, что при значении I/Iн≤1 время отключения автоматического выключателя стремится к бесконечности. Другими словами, до тех пор, пока ток, протекающий через автоматический выключатель, меньше или равен номинальному току, автоматический выключатель не сработает (не отключится).

Также график показывает, что чем больше значение I/Iн (т.е. чем больше протекающий через автомат ток превышает номинальный), тем быстрее автоматический выключатель отключится.

При протекании через автоматический выключатель тока, величина которого равна нижней границе диапазона срабатывания электромагнитного расцепителя (3In для «В», 5In для «С» и 10In для «D»), он должен отключиться за время более 0,1с.

При протекании тока, равного верхней границе диапазона срабатывания электромагнитного расцепителя (5In для «В», 10In для «С» и 20In для «D»), автоматический выключатель отключится за время менее 0,1с. Если значение тока главной цепи находится внутри диапазона токов мгновенного расцепления, автоматический выключатель расцепляется либо с незначительной выдержкой, либо без задержки времени (менее 0,1 с).

Для обеспечения надежной защиты кабеля с помощью автоматического выключателя нужно учитывать некоторые особенности работы этого устройства и провести правильный подбор. Дело в том, что ток (I n), который указан в маркировке автомата, на самом деле является рабочим током, и его превышение в определенном диапазоне не вызывает немедленного отключения сети.

Номиналы автоматов для защиты кабеля электропроводки

Например, если маркировка С25, то это означает, что ток силой 25А может течь по этой цепи неограниченное время. Если превышение будет до 13% (28,5А), то отключение может наступить более чем через час работы, до 45% (36,25А) – менее часа. Для гарантированной защиты сети важно, чтобы повышенный ток не превышал допустимый ток в кабеле.

Такой алгоритм работы автомата, с одной стороны, снизит вероятность ложного срабатывания, но с другой – требует более обдуманно подойти к выбору автомата.

Правильный выбор автоматического выключателя – задача не простая, но от ее решения зависит безопасная эксплуатация дома или квартиры и уменьшение материальных затрат.

Параметры

Номинальный ток (I n)

Автоматические выключатели имеют стандартизованный ряд номинальных токов, это отражено в ГОСТ Р 50345–99, данные сведены в таблицу. Это длительные токи, текущие через автомат и не вызывающие его отключения. По таблице можно подобрать номинальный ток автоматического выключателя. В ней приведен стандартный ряд номинальных токов (I n) для автоматов, применяемых в России.

Стандартизированный ряд номинальных токов (In) для автоматов

Однако на время отключения оказывает влияние температура окружающей среды и способ монтажа выключателя. Так, повышение температуры воздуха в месте установки автомата вызывает сокращение этого периода, понижение – удлиняет. Одиночно установленный выключатель имеет более длительный период, а установленный в группе – сокращенный, из-за влияния соседних автоматов.

Приведенная ниже таблица отражает информацию о токах, приводящих к отключению в длительной перспективе, она позволит выбрать необходимый номинал. Это нормируемые токи по ГОСТУ.

Нормируемые токи по ГОСТУ для выбора номинала автомата

По приведенной таблице можно сделать выбор автомата по току отключения. Например, известно, что кабель в открытой проводке с медной жилой сечением 4 мм 2 имеет допустимый ток 30А (т. 1.3.4-1.3.8. ПУЭ). Находим в таблице ближайший меньший ток отключения, это – 29А, значит, нам нужен автомат С20. Если выбрать автомат с номинальным током С25, то длительно протекающий ток в кабеле составит 36,25А, время отключение автомата может достигать 1 часа. За это время кабель может нагреться до значительной температуры, что вызовет оплавление изоляции. Если повторение такой ситуации не исключено, то это обязательно приведет к аварии.

Также невозможно без сложных измерений точно определить, при каком токе нагрузки сработает тот или иной конкретный экземпляр, но существует коридор, в котором гарантированно сработает любой экземпляр этого номинала.

Время-токовые характеристики

Эти характеристики представлены в виде графика, по которому можно довольно точно определить ток и время, когда произойдет гарантированное отключение устройства.

Графики для определения времени отключения автомата

Например, можно узнать, через какой промежуток времени произойдет отключение автомата типа С, если через него протекает ток в полтора раза больше номинального, т. е. I/I n =1,5. Проводим на графике вертикальную линию так, чтобы она пересекла область значений и от точек пересечения этой прямой с голубой зоной проводим горизонтальные линии до оси Y.

На оси Y видим время: минимальное – 50 сек., максимальное – в районе 6 мин. Значит, при двойном превышении тока этот кабель будет работать под такой нагрузкой до 6 мин.

Для определения токов отключения для других типов, B или D, следует провести горизонтальные линии до оси Y от соответствующих областей.

При коротком замыкании автоматы работают очень надежно, отключая сеть менее чем через 0,1 сек, за такой промежуток времени кабель не успевает заметно нагреться.

Если произошло аварийное отключение, не спешите включать автомат, сначала отключите мощные приборы, особенно нагревательные: утюг, кипятильник, электроплиту, микроволновку и т. д. Включайте автомат спустя 5–10 мин., если произошло повторное отключение, то лучше вызвать специалиста.

Кабели ГОСТ 31996–2012

При выборе автомата необходимо учитывать характеристики кабелей. Важнейшей является допустимый ток (I доп). Она показывает, при каком максимальном токе кабель может работать на протяжении всего срока службы. Данная таблица из ПУЭ содержит сведения о допустимых токах кабеля в зависимости от материала и условий прокладки кабелей.

Допустимые токи для кабеля в зависимости от материалов

Из этой таблицы можно найти необходимое сечение кабеля и допустимый ток в зависимости от условий прокладки проводки, открытая или зарытая. Например, мощность всех приборов в квартире 9 квт. Для открытой однофазной медной проводки сечение провода 4 мм 2 , ток 41А, для закрытой – ближайшее большее значение мощности 11 квт, сечение 10 мм 2 , ток 50А. Ближайший меньший номинал автоматического выключателя –32А.

Если существует сомнение в качестве электропроводки, то лучше проявить осторожность и выбрать автомат номиналом меньше, чем значение в таблице.

Квартирная сеть имеет разветвленную структуру: в каждой ветви будет протекать ток разной силы, поэтому провода имеют различное сечение. Если поставить один автомат только на входе, то он не сможет защитить отдельные участки проводки от перегрузки. Если всю сеть проложить кабелем одного сечения, то это неоправданные денежные затраты. Лучшим выходом будет установка на каждом участке автомата на соответствующий ток. На рисунке приведена примерная структура.

Установка автоматов на соответствующий ток

На рисунке четко видно нагрузку на каждом участке и сечение провода. Установив соответствующие автоматы, можно надежно защитить всю сеть от короткого замыкания или перегрузки. Кроме того, в любой момент имеется возможность выбрать и отключить тот или иной участок, сохранив работоспособность остальной сети.

При использовании в быту мощных асинхронных двигателей, особенно 3-фазных, например, электроинструментов, желательно их включать через отдельный автомат, так как они имеют большой пусковой ток, и при работе через общий автомат может произойти отключение сети даже при штатной работе оборудования.

Выбор сечения. Видео

Про выбор сечения кабеля и номинала автомата подробно можно узнать из этого видео.

Если выбор автоматического выключателя проводится для существующей сети, то в первую очередь надо знать сечение проводки, и уже по ней делать выбор. Если сеть еще не прокладывалась, то надо начинать с подсчета возможной нагрузки с учетом всех бытовых приборов, которые планируется подключать. Проводка служит при правильной эксплуатации 20-30 лет, за это время, скорее всего, в быту появятся новые приборы, поэтому следует предусмотреть запас по мощности процентов 20.

Автоматические выключатели

Определение: (Данное определение автоматического выключателя в ГОСТ Р 50030.2.)

Автоматический выключатель (сокращённо выключатель или иносказательно автомат) — механический коммутационный аппарат , позволяющий включать, пропускать и выключать электрический ток в нормальных условиях; включать и пропускать электрическую энергию в течении заданного промежутка времени и разъединять цепь при определённых аномальных условиях цепи.

Назначение:

(функциональность (применение) автоматического выключателя)

1. Функция защиты.

Автоматический выключатель служит для протекции электрических сетей и различных энергопотребителей от токов короткого замыкания (КЗ) и перегрузки, а также от недопустимых снижений напряжения.
Для защиты от КЗ может применяться электромагнитный расцепитель (в выключателях от 630А и выше полупроводниковый или электронный расцепители).
Для защиты в зоне перегрузки используется тепловой расцепитель (для автоматов от 630А и более для этой цели применяется полупроводниковый или электронный расцепители).
Для защиты от недопустимых снижений напряжения задействуются расцепитель минимального напряжения или расцепитель нулевого напряжения (дополнительные устройства).

2. Функция управления.

Автоматические выключатели допускают ручные и автоматические нечастые оперативные включения / отключения цепи.
При ручных коммутациях производителем устанавливается количество циклов оперирования за определённое время. Зачастую, чем выше ампераж автоматического выключателя, тем меньшее число коммутаций допускается.
Для удалённого управления сетью выключатель должен быть укомплектован независимым расцепителем (дополнительная заказная опция) или электромагнитным приводом.

3. Роль автоматического выключателя.

Многоразовая защита объекта. Предохранитель осуществляет только разовую защиту (после нужно сменить расплавленную вставку или заменить сам предохранитель). Хотя выключатель и подразумевает управление цепью, но для этих целей зачатую ставят рубильник. Контактная группа выключателя переносит ограниченное число коммутаций, а стоимость рубильника намного меньшая.

Нормативные документы (ГОСТ), по которым выпускаются низковольтные автоматические выключатели

Перечислим стандарты, которые нормируют производство и испытания низковольтных автоматических выключателей:
ГОСТ Р 50345-99 — стандарт на бытовые автоматические выключатели (подлинный перевод международного стандарта МЭК 60898).
ГОСТ Р 50030.2-99 — стандарт на промышленные автоматические выключатели (подлинный русскоязычный перевод МЭК 60947.2).
ГОСТ 9098-78 — нормативный документ на воздушные низковольтные автоматические выключатели (действующий союзный стандарт).

МЭК (английская аббревиатура IEK) — Международная Электротехническая Комиссия (International Electrotechnical Commission).

Классификация автоматических выключателей:

Автоматические выключатели можно классифицировать по следующим признакам (дан не полный перечень параметров, а частичный):

1. По категории применения: А и В.
А — автоматические выключатели неселективные (срабатывание при токах КЗ происходит без выдержки времени);
В — автоматические выключатели селективные (в условиях короткого замыкания обеспечивается кратковременная заданная выдержка времени).

Селективность:

Селективность по сверхтокам, это когда при последовательном соединении двух автоматических выключателей, предназначенных для протекции от КЗ, автомат со стороны нагрузки разъединяет контакты без срабатывания второго автомата.

Смысл селективности:

Селективностью обладают выключатели на номинальные токи от 1000А, их устанавливают перед промышленным комплексом, они защищают все далее разветвляющиеся цепи и потребителей энергии. Предположим, что в одной из веток цепи произошло короткое замыкание, при автоматическом срабатывании выключателя на 1000А и выше, отрубится полностью весь объект. Чтобы этого не допустить, этот автомат наделяют селективностью, то есть задают определённый промежуток времени, через который (на всякий случай) он сработает. А за это время срабатывает автоматический выключатель с меньшим амперажём, который отключит конкретную ветку, с возникшим замыканием. В таком случае, промышленный объект функционирует без одной ветки, выключатель с селективностью не срабатывает.

2. По роду тока: на постоянный ток, на переменный ток; на переменный и постоянные токи.
Пример автоматического выключателя на переменный ток: автомат АЕ 2056.
Пример автоматического выключателя на переменный и постоянный токи: автомат ВА 04 36.

Ряд (линейка) номинальных токов для низковольтных автоматических выключателей (цифры — ампераж выключателя):

1,6А; 2,5А; 4А; 6,3А; 10А; 16А; 25А; 31,5А; 40А; 50А; 63А
80А; 100А; 125А; 160А; 200А; 250А; 320А; 400А; 500А; 630А; 800А
1000А; 1600А; 2000А; 2500А; 4000А; 5000А; 6300А

Выключатели до 63А могут устанавливаться в квартирных щитках, в этажных щитах.
Следующая цепочка амперажей (80 — 800 ампер) характерна для выключателей, применяемых в промышленности в вводно-распределительных устройствах.
Далее идут амперажи автоматических выключателей (свыше 1000А), которые устанавливают перед крупными промышленными объектами, они зачастую обладают селективностью (вводные автоматические выключатели).

3. По среде в которой происходит отключение: воздушные, вакуумные, газовые.
Воздушными являются все автоматические выключатели выключатели серии ВА

4. По числу полюсов: однополюсные, двухполюсные, трёхполюсные и четырёхполюсные.

5. По наличию токоограничения: токоограничивающие и нетокоограничивающие.
Токоограничивающие автоматические выключатели (они же неселективные) бывают:
— быстродействующими (время срабатывания не превышает 0,005 с);
— нормальными (временем отключения в диапазоне от 0,02 до 0,1 с).
Нетокоограничивающие автоматические выключатели (они же селективные) позволяют регулировать время до расцепления контактов (не более 1 секунды).

6. По видам расцепителей: с максимальным расцепителем тока (МРТ), с независимым расцепителем (НР), с минимальным расцепителем напряжения (МРН) и с нулевым расцепителем напряжения (НРН).

7. По виду привода: с ручным приводом, с двигательным (электромагнитным) приводом, с пружинным приводом.

8. По способу монтажа: стационарные, выдвижные, втычные.

9. По степени защиты от воды (влага, взвешенная водяная пыль) и твёрдых предметов (инструмент, пальцы, щупы, гвозди и так далее), которую обеспечивает оболочка (корпус автоматического выключателя) по ГОСТ 14254-96.

Устройство (принцип действия) автоматического выключателя

Автоматический выключатель собирается из нескольких узлов: корпус автомата, коммутирующее устройство, механизм управления, дугогасительные камеры, максимальные расцепители тока и дополнительные сборочные единицы (независимый расцепитель, вспомогательные контакты, расцепитель минимального напряжения, расцепитель нулевого напряжения).
Корпус автомата выполнен из диэлектрического материала и гарантирует заданную степень защиты от атмосферных воздействий и попадания на токоведущие или механические части твёрдых инородных тел.
Коммутирующее устройство составляют подвижные и неподвижные контакты, которые входят в сцепление (функционирование выключателя) и расцепляются (автоматическое или ручное отключение). Полюс автоматического выключателя составляет пара контактов, количество полюсов может варьироваться от одного до четырёх, в каждом полюсе монтируется дугогасительная камера.
Сейчас, зачастую, контакты в месте сцепления изготавливаются из металлокерамики на основе серебра. Применение серебра вызвано его высокой электропроводностью и отсутствием окисления в нормальных условиях.
Механизм управления — ручной привод независимого действия, который гарантирует моментальное замыкание и размыкание главных контактов. Управляющим элементом является рукоятка или кнопка.
Дугогасительная камера должна обеспечить гашение дуги при различных режимах сети.
В автоматических выключателях применяется два типа дугогасительных устройств: полузакрытое и открытое.
В полузакрытом исполнении автомат закрывается кожухом, в котором проделываются щели для выхода горячих газов. Зона выброса ионизированных газов достигает длины всего в несколько сантиметров от выходных отверстий. Такое решение применяется для низковольтной аппаратуры, которая монтируется с другими устройствами, в распределительных щитах, у автоматических выключателей с ручным приводом.
При токах 100 кА и выше задействуются камеры открытого типа с большой зоной выброса.
В автоматических выключателях широко используется деионная дугогасительная решётка, состоящая из металлических пластин. В цепях переменного тока напряжением до 690 В подобные устройства способны гасить дугу с током до 50 кА. В цепях на постоянном токе с напряжением до 440 В дугогасительные камеры из стальных пластин успешно гасят дугу с током до 55 кА. Гашение дуги происходит достаточно спокойно с минимальным выбросом разогретых ионизированных газов.
Максимальные расцепители тока (МРТ). В автоматическом выключателе часто используют комбинированный расцепитель — электромагнитный (мгновенный) и тепловой расцепители.
Принцип действия электромагнитного расцепителя заключается в том, что на катушку с обмоткой из медного провода подаётся ток нагрузки. При нормальном режиме работы ток не вызывает перемещения сердечника; но при токах короткого замыкания, имеющих высокие значения, сердечник втягивается или выталкивается из катушки и воздействует на отключающий механизм.
Тепловой расцепитель это биметаллическая пластина, которая выполняется из двух спрессованных металлов с разными линейными расширениями. При пропускании тока через пластину она нагревается и изгибается. При возникновении перегрузки (токи превосходящие номинал в 1,1 раза и выше), пластина достаточно разогревается и действует на механизм расцепления. Процесс нагрева может длиться от нескольких минут до часа — время, через которое происходит размыкание контактов.

Производители (заводы-изготовители) автоматических выключателей
Несколько примеров:

• «Курский электроаппаратный завод» ТМ «КЭАЗ» (Курск, Россия);
• компания «IEK» (ИнтерЭнергоКомплект в прошлом);
• электротехническая компания «EKF electrotechnica»;
• Ульяновский завод низковольтной аппаратуры «Контактор»,
• «Дивногорский завод низковольтных автоматов» (ТМ «ДЗНВА»),
• международная корпорация «General Electric» (Дженерал Электрик, подразделение GE Consumer & Industrial Power Protection).

Для защиты электрических цепей применяются различные предохранительные устройства – УЗО, АВ, дифференциальные автоматы – которые по своему назначению и принципу срабатывания во многом схожи. Некоторые представляют собою «комплект», состоящий из нескольких приборов, помещенных в одном корпусе.

Но все их объединяет общий признак – предохранение линий и присоединяемого оборудования от токовых «сюрпризов», точнее, превышений расчетного значения данного параметра для конкретной «нитки» или всей схемы. В данной статье разберемся с существующими номиналами автоматических выключателей по току.

Люди, не понимающие истинного предназначения АВ и смысла токовой защиты, нередко руководствуются принципом «больше – лучше» (в данном случае подразумевается величина уставки). Такой подход может привести к тому, что образно говоря, все вокруг расплавится и воспламенится, а так и не сработает. Именно поэтому для каждой цепи АВ выбирается индивидуально, после определения ее параметров.

Расчет величины номинального тока

Что учитывается:

• Напряжение (В). В быту в основном это 220/50.
• Совокупная нагрузка на линии (Вт). Она определяется сложением мощностей всех присоединенных устройств (приборов).

Номиналы АВ

Все значения тока – в А.

1. Неперестраиваемые АВ. Это самые простые автоматы, устанавливаемые в основном на отдельных нитках. Их номиналы задаются производителем – 6, 10 и 16.
2. Регулируемые АВ. За редким исключением, в них можно менять ток, выбирая требуемое его значение. Номиналы АВ – 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80 и 100.

При выборе автоматического выключателя следует знакомиться с его паспортом. В нем указывается, кроме основных характеристик, поправочный коэффициент. Он имеет значение, если возможен перегрев устройства. Например, установка в помещениях с высокой температурой, плотная компоновка силового щита и так далее.