Номиналы автоматических выключателей по току. Большая энциклопедия нефти и газа
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 , 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.
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.
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.
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.
Еще один критерий – 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 – это уже менее важен критерий.
Исходя из первых трех критериев, условно можно разделить все автоматы для использования на:
- Малонагруженных сетей;
- Средненагруженных;
- 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.
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.
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».
Ошибки при выборе, которые нужно учитывать
Напоследок рассмотрим самые распространенные ошибки, которые допускаются при выборе автоматического выключателя.
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.
Зачастую все ветки сети оснащаются одинаковыми автоматами, а затем пытаются использовать одну из ветвей в качестве сильнонагруженной.
Еще на стадии 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».
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.
ЭТО МОЖЕТ БЫТЬ ИНТЕРЕСНЫМ:
Номинальный ток на который расчитаны главные контакты пускатели при категории нагрузки АС3
Таблица выбора контакторов в зависимости мощности двигателя, напряжения в сети при категории нагрузки АС3.
Номинальный ток главных контактов | Мощность двигателям при АС3 режиме работы, при напряжении сети | ||
230В | 400В | 660В | |
6 | 1,1 кВт | 2,2 кВт | 3 кВт |
9 | 2,2кВт | 4 кВт | 5,5 кВт |
12 | 3 кВт | 5,5 кВт | 7,5 кВт |
18 | 4 кВт | 7,5 кВт | 10 кВт |
25 | 5,5 кВт | 11 кВт | 15 кВт |
32 | 7,5 кВт | 15 кВт | 18,5 кВт |
38 | 9 кВт | 18,5 кВт | 18,5 кВт |
40 | 11 кВт | 18,5 кВт | 22-30 кВт |
50 | 15 кВт | 22 кВт | 30 кВт |
65 | 15 кВт | 22 кВт | 22-30 кВт |
80 | 22 кВт | 37 кВт | 45 кВт |
95 | 25 кВт | 45кВт | 45 кВт |
120 | 37 кВт | 55кВт | 75 кВт |
160 | 45 кВт | 90 кВт | 90 кВт |
200 | 55 кВт | 110 кВт | 110 кВт |
250 | 75 кВт | 132 кВт | 132 кВт |
300 | 90 кВт | 160 кВт | 160 кВт |
Категория нагрузки
- Категория АС1
Эта категория применяется ко всем типам нагрузки по переменному току с коэффициентом мощности, равным или более 0,95 (cos? > 0,95), т.е. неиндуктивным и слабоиндуктивным нагрузкам.
Примеры применения: лампы накаливания, ТЭНы - Категория АС3
Эта категория применяется к асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором с размыканием цепи во время нормальной работы двигателя. При замыкании контактор коммутирует пусковой ток, который примерно в 5 -7 раз выше номинального тока двигателя. При размыкании он отключает номинальный ток двигателя.
Примеры применения: все стандартные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (лифты, эскалаторы, ленточные конвейеры, ковшовые элеваторы, компрессоры, насосы, смесители, кондиционеры и т.д.) - Категория АС4 Эта категория распространяется на торможение противотоком и на толчковый режим асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и асинхронных двигателей с фазным ротором, крановые электродвигатели . Контактор замыкает цепь на пике тока, который может быть в 5 или 7 раз выше номинального тока двигателя. При размыкании он отключает тот же самый ток при напряжении, которое тем выше, чем ниже скорость двигателя. Это напряжение может быть таким же, как и напряжение сети. Отключение цепи происходит в тяжелом режиме. Для управления работой электродвигателей на большую мощность, работающих в тяжелом режиме, используют в контакторы КТ или вакуумные контакторы , при подборе обычных магнитных пускателей, обычно используют контакторы больших номиналов, чем рекомендовано при работе АС3
Для контроля электрической проводки в квартире или доме используются специальные защитные устройства, отключающие электроэнергию при перегрузке сети. Такими характеристиками как ток нагрузки и напряжение сети определяются номиналы автоматических выключателей.
Виды устройств
Существует несколько типов устройств, которые могут контролировать работу проводки и, при необходимости, отключать электрическую энергию. Они бывают:
- Миниатюрные (мини-модели);
- Воздушные (открытое исполнение);
- Закрытые выключатели в литом корпусе;
- УЗО (Устройства защитного отключения);
- Автоматические выключатели, дополнительно оснащенные УЗО (дифференциальные).
Миниатюрные устройства рассчитаны на работу в сетях с небольшой нагрузкой, как правило, у них нет функции дополнительной регулировки. Этот модельный ряд представляют автоматы с отключающей способностью, рассчитанной на ток осечки от 4,5 до 15А. Поэтому их используют чаще всего в бытовой проводке, т. к. для производственных мощностей необходима более высокая сила тока.
Фото - модель с номиналом 32 А
Очень популярны модели производства компании Schneider Electric. В продаже есть автоматы с номиналами от 2 до 125 А, что позволяет подобрать отдельное устройство даже для небольшой группы приборов, к примеру, для подключения освещения или другого электрооборудования (бра, электрочайник и т.д.).
Если требуются устройства с более высоким номиналом, скажем, для контроля работы электрических сетей, к которым подключаются мощные потребители, выбираются автоматические выключатели воздушного типа. Их номинал тока отсечки на порядок выше, чем у миниатюрных моделей. Как правило, они производятся в трехполюсном исполнении, но сейчас многие компании, в том числе и ИЭК, изготавливают четырехполюсные модели.
Монтаж автоматических выключателей производиться в специальном шкафу, где установлены DIN-рейки для их крепления. Распределительные шкафы с соответствующим классом защиты (не менее IP55) допускается размещать на открытом пространстве (столбы, уличные щитовые и т.д.). Влагозащищенный корпус, выполненный из тугоплавких материалов, обеспечивает должный уровень безопасности.
Модельная линия этих автоматических выключателей допускает незначительное отклонение (до 10 %) от оговоренных характеристик. Самым большим достоинством этих автоматов перед миниатюрными является возможность настройки рабочих параметров устройства.
Фото - вариант для низковольтных сетей
Для этого используются специальные вставки, при помощи которых можно контролировать силу тока на контактах. Иными словами, при установке на активный контакт калиброванной вставки появляется возможность изменить параметры выключателя, что в некоторых условиях позволяет расширить номинальные характеристики. Независимо от диапазона действия и номиналов, автоматические выключатели имеют одинаковый размер всего модельного ряда, единственным изменяющимся габаритом является ширина (модульность). Она зависит от количества полюсов (их может быть 2 и более).
Автоматические выключатели монтируются в вертикальном положении, за исключением устройств в исполнении свыше 5000А и 6300А. Они могут использоваться для установки на открытой местности или в специальных щитовых. Преимуществом таких приборов является наличие дополнительных контактов и соединений, что значительно расширяет область использования и возможности монтажа.
Закрытые автоматические выключатели изготовлены в литом корпусе, выполненном из тугоплавкого материала. Благодаря этому они являются полностью герметичными и подходят для использования в экстремальных условиях. В среднем, модельный ряд таких автоматов используется при токе до 200 Ампер и напряжении до 750 Вольт. По принципу действия они делятся на следующие типы:
- Регулируемые;
- Тепловые;
- Электромагнитные.
В зависимости от потребностей, нужно выбрать оптимальный принцип работы приборов. Самыми точными считаются устройства электромагнитного типа, т. к. они определяют среднеквадратичное значение активных токов и срабатывают при коротком замыкании. Это позволяет заранее предупредить все негативные последствия.
Фото - цельнолитой ИЭК
Любой из перечисленных типов устройств может быть изготовлен в одном из четырех стандартных типоразмерах, с током отсечки в диапазоне от 25 до 150 А. Исполнение может быть двух, трех и четырех полюсным, что позволяет их использовать при подключении к сети электропитания как жилых, так и производственных помещений.
Автоматы в электромагнитном исполнении прекрасно зарекомендовали себя как устройства, которые могут контролировать работу двигателей станочного или другого оборудования. Отличительной чертой является способность противостоять токовым импульсам силой до 70000 Ампер. Номинальный ток срабатывания обозначен на корпусе устройства.
Фото - автомат серии АЕ
УЗО нельзя считать самостоятельными приборами для защиты сетей от перенапряжения. Их рекомендуется использовать либо в тандеме с автоматами, либо сразу покупать выключатель, оснащенный дополнительным устройством защиты (дифференциальные автоматы). При этом, во время монтажа проводки УЗО устанавливается перед автоматами, а не наоборот. В противном случае, прибор может просто сгореть при высоких импульсах тока короткого замыкания.
Видео: выключатели нагрузки
Номиналы автоматов (расчет по таблице)
Чтобы выбрать правильные номиналы для домашних и производственных автоматических выключателей, используется специальная таблица:
Сила тока (А) | Мощность сети с 1 фазой (кВт) | Мощность 3- фазной сети (кВт) | Допустимые сечения проводов (мм 2) | |
- | - | - | медных | алюминиевых |
1 | 0,2 | 0,5 | 1 | 2,5 |
2 | 0,4 | 1,1 | 1 | 2,5 |
3 | 0,7 | 1,6 | 1 | 2,5 |
4 | 0,9 | 2,1 | 1 | 2,5 |
5 | 1,1 | 2,6 | 1 | 2,5 |
6 | 1,3 | 3,2 | 1 | 2,5 |
8 | 1,7 | 5,1 | 1,5 | 2,5 |
10 | 2,2 | 5,3 | 1,5 | 2,5 |
16 | 3,5 | 8,4 | 1,5 | 2,5 |
20 | 4,4 | 10,5 | 2,5 | 4 |
25 | 5,5 | 13,2 | 4 | 6 |
32 | 7 | 16,8 | 6 | 10 |
40 | 8,8 | 21,1 | 10 | 16 |
50 | 11 | 26,3 | 10 | 16 |
63 | 13,9 | 33,2 | 16 | 25 |
80 | 17,6 | 52,5 | 25 | 35 |
100 | 22 | 65,7 | 35 | 50 |
Рассчитать номиналы автоматических выключателей также очень просто. Нужно выделить группу приборов, к примеру, это будет чайник, лампа, холодильник, после чего нужно узнать их мощность для определения номинальной силы тока. Воспользуемся законом Ома: I=P/U , где:
- I – сила тока, потребляемого оборудованием (А);
- P – мощность оборудования (Вт);
- U – напряжение электросети (В).
К примеру, чайник у нас мощностью 1,5кВт (1500Вт), лампа – 100Вт, холодильник – 300Вт; итого общее значение будет равно 1,9кВт (1900Вт), высчитываем номинальный ток: I=1900/220 = 8,6. Ближайший автомат по току срабатывания - 10А. Естественно, на практике этот показатель будет больше, современная проводка должна быть рассчитана на ток нагрузки не менее 16А.
Небольшое завышение параметров вреда не принесет, а от занижения может произойти замыкание и пожар. Специалисты рекомендуют при большом количестве ампер использовать не один мощный автомат, а несколько со средним номиналом – так обеспечивается большая надежность работы.
Ток, проходящий через автоматический выключатель, определяется по известному закону Ома величиной приложенного напряжения, отнесенного к сопротивлению подключенной цепи. Это теоретическое положение электротехники заложено в основу работы любого автомата.
На практике напряжение сети, например, 220 вольт поддерживается автоматическими устройствами энергоснабжающей организации в пределах нормативов, оговоренных государственными стандартами, меняется внутри этого диапазона незначительно. Выход его за пределы ГОСТ считается неисправностью, аварией.
Автоматический выключатель врезается в фазный провод электропитания светильников, розеток и других потребителей. Когда от розетки запитывают вначале электробритву, а затем моющий пылесос, то в обоих случаях через автомат протекает ток по замкнутому контуру между фазой и нулем.
Но, в первом случае он будет сравнительно небольшим, а во втором — значительным: эти приборы отличаются сопротивлением. Они создают разную нагрузку. Ее величину постоянно отслеживают защиты автомата, осуществляя ее отключения при отклонениях от нормы.
Как проходит ток через автоматический выключатель
Конструктивно автомат создан так, что ток воздействует на последовательно расположенные элементы. К ним относятся:
клеммы подключения проводов с зажимными винтами;
силовые контакты с подвижной и стационарной частью;
биметаллическая пластина теплового расцепителя;
электромагнит отсечки токов коротких замыканий;
соединительные токопроводы.
Путь тока через автоматический выключатель показан на картинке условными стрелками красного цвета.
Силовые подвижные контакты прижимаются к неподвижным, создавая непрерывную электрическую цепь только после поворота рычага управления вручную оператором. Обязательным условием включения является отсутствие аварийных ситуаций в коммутируемой схеме. Если они появятся, то сразу начинают работать защиты на автоматическое отключение. Другого способа включить автомат не существует.
А вот разорвать эти контакты, обесточив подачу потенциала фазы к потребителям, можно двумя способами:
вручную, возвратив в исходное положение рычаг управления;
автоматически от срабатывания защит.
Как создаются и работают конструктивные элементы автоматического выключателя
Силовые контакты
Они, как и вся конструкция автоматического выключателя, рассчитаны на передачу строго ограниченной мощности. Превышать ее нельзя, ибо в противной случае автомат выйдет из строя — сгорит.
Технической характеристикой, ограничивающей максимальную мощность, проходящую через силовые контакты, является показатель, называемый «Предельная отключающая способность». Его обозначают индексом «Icu».
Значение предельной отключающей способности автоматического выключателя задается при его проектировании из стандартного ряда токов, измеряемого обычно в килоамперах. Например, Icu может быть равно 4 или 6 либо даже 100 или более кА.
Эта величина указывается прямо на лицевой стороне корпуса автомата, как и другие характеристики настроек значений токов.
Итак, через силовые контакты показанного на картинке автомата может безопасно проходить электрический ток от нуля до 4000 ампер. Сам АВ его нормально выдержит и отключит при возникновении аварийной ситуации внутри подключенной электропроводки с потребителями.
С этой целью введено разграничение протекающих через силовые контакты токов на:
1. номинальные и рабочие;
2. аварийные, включающие перегрузку и короткие замыкания.
Что такое номинальный ток автоматического выключателя
Любой автомат создается для работы при определенных технических условиях. Он должен надежно обеспечивать прохождение рабочего тока нагрузки, протекающего как по электрической проводке, так и по подключенным потребителям.
При выборе автомата для бытовой сети пользователи часто учитывают токопроводящие свойства проводки или только мощность электрических приборов, совершая ошибку: необходимо комплексно анализировать оба этих вопроса. Ибо, выключатель — это автоматическое устройство, которое уже налажено под срабатывание при достижении определённых значений тока.
Когда эти условия еще не наступили, а рабочий ток через автомат меньше. чем нижняя граница отключения, то силовые контакты надежно замкнуты. Верхний предел этого рабочего диапазона принято называть номинальным током, обозначая In.
Показанная на картинке цифра «16» обозначает, что проходящие через силовые контакты токи включительно до 16 ампер будут надежно передаваться автоматическим выключателем к подключённым потребителям через электрические провода.
Как работают защиты
Все токи, большие чем номинальное значение, приводят к срабатыванию защит. Их называют токами срабатывания, обозначают Iср.
Для автоматического отключения внутри корпуса автомата смонтировано два вида устройств, работающих по разным принципам отключения:
1. нагрева и изгиба биметалла с выводом механической защелки из зацепления;
2. выбиванием защелки механическим ударом сердечником электромагнита.
Тепловой расцепитель
Он работает за счет изгиба биметаллической составной пластины при нагреве от проходящего через нее тока, а охлаждается за счет отвода тепла в окружающую среду.
К этому расцепителю прикладывается тепловая энергия, создаваемая электрическим током по проходящему биметаллу. Ее величина, как нам известно из закона Джоуля-Ленца, зависит от:
1. электрического сопротивления цепи;
2. силы протекающего тока;
3. и времени его воздействия.
Из этих трех параметров электрическое сопротивление в установившемся процессе практически не меняется. Его учитывают только при теоретических расчетах. При коммутациях нагрузки резко изменяется ток. Поэтому важнее два других параметра:
1. величина электрического тока;
2. время его протекания.
Для учета его величины при правильной настройке и работе автоматического выключателя используют специальные приборы — измерители сопротивления этой петли.
Их замер позволяет учесть поправку, вносимую дополнительным сопротивлением проводов, а значит — точно учитывать токи, проходящие в аварийном режиме через силовые контакты и защиты автоматического выключателя.
Как автоматический выключатель проверяется на проходящие через него токи
После изготовления на производстве до момента установки в электрическую схему продукция любого производителя может транспортироваться на большие расстояния или длительно храниться на складах. За это время возможно снижение ее качества, связанное с нарушением технических характеристик.
Поэтому автоматические выключатели при монтаже в схему до ввода ее в работу должны подвергаться проверке на исправность, которую принято называть прогрузкой.
Для этого в электролаборатории собирается специальная схема прогрузки автомата или используется одна из многочисленных конструкций стационарных или переносных стендов.
Автоматический выключатель проверяется по номинальному току, указанному на корпусе. Он должен длительно выдерживать его величину.
Затем автомат подвергают перегрузкам и токам коротких замыканий, которые он должен выдерживать при эксплуатации. При этом четко замеряются и фиксируются:
1. токи срабатывания защит теплового расцепителя и токовой отсечки;
2. времена отключения автомата от момента имитации аварийной ситуации.
Некоторые конструкции автоматов позволяют регулировать выходные параметры при прогрузке. Например, отдельные виды тепловых расцепителей имеют винтовое крепление, позволяющее корректировать уставку срабатывания биметаллической пластины в определенных пределах.
Все замеренные характеристики фиксируются с высокой точностью измерительными приборами и заносятся в протокол проверки, сравниваются с требованиями ГОСТ. После их анализа выдается свидетельство с заключением о пригодности.
Прогрузка автомата под нагрузкой позволяет выявить брак, предотвращает случаи возможных пожаров и электрических травм.
Таким образом, токи, проходящие через автоматические выключатели, учитываются при проектировании, производстве, испытаниях и эксплуатации. Для этого введены термины, учитываемые требованиями ГОСТ:
номинальный ток;
перегрузка;
ток короткого замыкания;
ток срабатывания защиты;
время отключения неисправности.
Проектирование электроустановок квартир и коттеджей (Schneider Electric)
4.1. Общие принципы выбора защитной аппаратуры
Любая электроустановка должна быть защищена устройствами автоматического отключения в случае появления сверхтоков или недопустимых токов утечки. Под сверхтоком понимается любой ток, превышающий номинальный. В основном сверхтоки появляются вследствие перегрузки или короткого замыкания.
Устройства защиты должны выбираться с учетом параметров электроустановки, ожидаемых токов короткого замыкания, характеристик нагрузки, условий прокладки и тепловых характеристик проводников.
В соответствии с ПУЭ для электроустановок напряжением до 1 кВ и с системой заземления TN, характеризующейся глухозаземленной нейтралью источника питания и присоединением открытых токопроводящих частей к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников, принятой для жилых зданий, в целях обеспечения электробезопасности время автоматического отключения не должно превышать значений, указанных ниже:
В качестве защитной аппаратуры автоматического отключения применяются плавкие предохранители и автоматические выключатели.
Плавкий предохранитель - это коммутационный аппарат, который вследствие расплавления одного или более специально спроектированных и калиброванных элементов размыкает цепь, в которую он включен, и отключает ток, когда он превышает заданную величину в течение достаточного времени.
Автоматический выключатель - это механический коммутационный аппарат, способный включать, пропускать и отключать токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, выдерживать в течение заданного времени и автоматически отключать токи в аномальном состоянии цепи, такие как токи короткого замыкания.
Учитывая, что электроустановки жилища повышенной комфортности и коттеджей в последние годы оснащаются в основном автоматическими выключателями, ниже рассматривается только этот вид защитной аппаратуры.
В основу выбора защитной аппаратуры в зависимости от величины токов КЗ положено, что кривая время-токовой характеристики, соответствующая допустимой тепловой нагрузке защищаемой электросети, должна лежать выше зоны время-токовой характеристики устройства защиты для всех возможных токов КЗ между минимальным и максимальным значениями.
Под время-токовой характеристикой подразумевается кривая, отражающая взаимосвязь времени и ожидаемого тока в определенных условиях эксплуатации. Указанный принцип проиллюстрирован на рис. 4.1.
Для установленного времени срабатывания защиты кривая допустимых значений I2t (интеграл Джоуля) защищаемого проводника должна лежать выше кривой I2t защитного устройства, так как кривая характеристики I2t устройства защиты характеризует максимальные рабочие значения I2t как функцию ожидаемого тока КЗ. Значения I2t аппаратов защиты приводятся в технических данных предприятиями-изготовителями.
Время отключения полного тока КЗ в любой точке цепи не должно превышать времени, в течение которого температура проводников достигает допустимого предела. Это время для защищаемого проводника может быть приблизительно вычислено по формуле
где t - продолжительность, с;
S - сечение проводника, мм2;
I - действующее значение тока КЗ, А;
K = 115 или 135 - для медных проводников (115 - с поливинилхлоридной изоляцией, 135 -с резиновой изоляцией и с изоляцией из сшитого полиэтилена);
К = 74 и 87 - для алюминиевых проводников (74 - с поливинилхлоридной изоляцией, 87 - с резиновой изоляцией и изоляцией из сшитого полиэтилена).
K = 115 - для соединений пайкой медных проводников.
Предельно допустимые значения температуры нагрева проводников приводятся в ПУЭ.
Автоматическая защита от перегрузки предназначена для отключения электросети при протекании по проводникам тока перегрузки раньше, чем такой ток мог бы вызвать повышение температуры проводников, опасное для изоляции, соединений, зажимов или среды, окружающей проводники.
Рис. 4.1.
С - кривая характеристики допустимого Ft;
D - I2t характеристика автоматического выключателя;
КЗ - максимальный ток КЗ, при котором обеспечивается защита автоматическим выключателем.
Рабочая характеристика любого защитного устройства, защищающего кабель от перегрузки, должна отвечать условиям:
где Ip - рабочий ток цепи; Iд - допустимый длительный ток кабеля; Iн - номинальный ток устройства защиты (устройства защиты с регулируемыми характеристиками номинальным током Iн является ток выбранной уставки); Iз - ток, обеспечивающий надежное срабатывание устройства защиты.
Практически Iз принимают равным:
Току срабатывания при заданном времени срабатывания для автоматических выключателей;
Току плавления плавкой вставки при заданном времени срабатывания для предохранителей.
Для выполнения защитных функций автоматические выключатели оснащаются различными расцепителями.
В общем виде расцепитель - это устройство, механически связанное с автоматическим выключателем (или встроенное в него), которое освобождает удерживающее устройство в механизме автоматического выключателя и вызывает автоматическое срабатывание выключателя.
В автоматических выключателях бытового назначения применяются: максимальный расцепитель тока, максимальный расцепитель с обратнозависимой выдержкой времени, максимальный расцепитель тока прямого действия и расцепитель перегрузки.
Максимальный расцепитель тока - расцепитель, вызывающий срабатывание автоматического выключателя с выдержкой времени или без нее, когда ток в этом расцепителе превышает заданное значение.
Максимальный расцепитель тока с обратнозависимой выдержкой времени - максимальный расцепитель тока, срабатывающий после выдержки времени, находящейся в обратной зависимости от значения сверхтока.
Максимальный расцепитель тока прямого действия - максимальный расцепитель тока, срабатывающий непосредственно от протекающего тока в главной цепи автоматического выключателя.
Расцепитель перегрузки - максимальный расцепитель тока, предназначенный для защиты от перегрузок.
В соответствии с СП31-110-2003 во внутренних сетях жилых зданий, как правило, следует применять автоматические выключатели с комбинированными расцепителями.
Номинальные токи комбинированных расцепителей автоматических выключателей для защиты групповых линий и вводов квартир, включая линии к электроплитам, должны выбираться в соответствии с расчетными нагрузками.
Уставки аппаратов защиты для взаиморезервируемых линий должны выбираться с учетом их послеаварийной нагрузки.
Автоматические выключатели характеризуются также включающей и отключающей способностью, предельной наибольшей отключающей способностью, рабочей наибольшей отключающей способностью и током отключения.
Так как наибольшие значения сверхтоков определяются токами короткого замыкания защищаемой цепи, при выборе выключателей в процессе проектирования необходимо учитывать указанные параметры.
В случаях последовательного соединения двух автоматических выключателей возникает проблема селективности их срабатывания, которая заключается в обеспечении отключения защищаемой цепи выключателем со стороны нагрузки до того, как отключение начнет второй выключатель со стороны питания.
Селективность характеризуется предельным током. Предельный ток селективности - это предельное значение тока:
Ниже которого при наличии двух последовательно соединенных аппаратов защиты от сверхтоков аппарат со стороны нагрузки успевает завершить процесс отключения до того, как его начнет второй аппарат (т.е. обеспечивается селективность);
Выше которого при наличии двух последовательно соединенных аппаратов защиты от сверхтоков аппарат со стороны нагрузки может не успеть завершить процесс отключения до того, как его начнет второй аппарат (т.е. селективность не обеспечивается).
Величина предельного тока селективности определяется координатой точки пересечения времятоковой характеристики в зоне наибольшей отключающей способности защитного аппарата на стороне нагрузки и время-токовой характеристикой расцепителя другого аппарата.
В бытовых электроустановках в целях защиты от сверхтоков используются, как правило, автоматические выключатели, выпускаемые по ГОСТ Р 50345-99, который аутентичен международному стандарту МЭК 60898-95.
В табл. 4.1 приведены автоматических выключателей, выпускаемых в соответствии с указанным ГОСТом.
Таблица 4.1 Предпочтительные значения номинального напряжения
Выключатели | Цепь питания выключателя | Номинальное напряжение, В |
Однополюсные | Однофазная (фаза с нейтралью) | |
Однофазная (фаза с нулевым заземленным проводом или фаза с нейтралью) | ||
Однофазная (фаза с нейтралью) или трехфазная (три однополюсных автоматических выключателя) (трех- или четырехпроводная) | ||
Двухполюсные | Однофазная (фаза с нейтралью) | |
Однофазная (фаза с фазой) | ||
Однофазная (фаза с фазой, трехпроводная) | ||
Трехполюсные | Трехфазная (трех- или четырехпроводная) | |
Четырехполюсные |
К предпочтительным значениям номинального тока, установленного ГОСТом, относятся: 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 и 125 А.
Стандартные значения номинальной частоты 50 и 60 Гц.
Стандартные значения номинальной отключающей способности: 1500, 3000, 4500, 6000, 10 000 А. Стандарт определяет три типа характеристик мгновенного расцепления: В, С и D. Ниже приведены диапазоны мгновенного расцепления выключателя в зависимости от кратности сверхтока по отношению к номинальному Iн:
В электроустановках жилых зданий в основном используются автоматические выключатели с характеристиками типов В и С. Расцепление типа В рационально применять для защиты розеточных линий, типа С - для линий, питающих светильники, теплые полы и стены, сауны и т.п. При выборе автоматического выключателя необходимо учитывать предполагаемую температуру окружающей среды в месте его установки.
В каталогах приводится номинальный ток выключателя для температуры окружающей среды 30 0С. Повышение температуры сверх 30 0С приводит к преждевременному срабатыванию теплового расцепителя, так как его температура достигает уровня срабатывания при меньших значениях тока. Поэтому при установке автоматических выключателей в местах, где температура окружающей среды превышает номинальную, равную 30 0С, номинальное значение тока выключателя уменьшается:
где Iн - допустимый ток при температуре окружающей среды 1°С, отличной от номинальной tо.с.н = 30 C;
Iн.а - номинальный ток автоматического выключателя при номинальной (расчетной) температуре окружающей среды;
Oн - превышение температуры срабатывания теплового расцепителя над номинальной расчетной температурой окружающей среды tосн = 30 оС, Оt = tср - tо.с.н;
Температурный коэффициент, учитывающий уменьшение (увеличение) допустимого тока автоматического выключателя в зависимости от температуры окружающей среды в месте его установки.
Здесь Ot- превышение температуры срабатывания tcp теплового расцепителя над температурой окружающей среды, Оt = tср - tо.с;
Для выключателей бытового назначения ориентировочные значения величины Kt в зависимости от температуры окружающей среды в месте установки приведены ниже:
toc....20 30 35 40 45 50 55 60
Kt ....1,05 1 0,97 0,95 0,92 0,89 0,87 0,84
Кроме того, для модульных автоматических выключателей бытового назначения устанавливаемых в шкафах рядом друг с другом на рейках, следует использовать величину 0,8Kt.
Выбор автоматических выключателей в тех случаях, когда температура окружающей среды больше или меньше стандартной контрольной, при которой определялись его номинальные данные, производится с использованием температурного коэффициента Kt по формуле
где Iн.р - номинальный ток расцепителя.
1. Максимальный расчетный ток нагрузки Iрас.mах = 20 А.
2. Температура окружающей среды в месте установки toc = +55 0С при этом Iрас.mах=Iнt Номинальный ток автоматического выключателя при нормальных условиях должен быть:
По приведенным выше данным Kt для 55 0С равен 0,87.
Принимаем автоматический выключатель с номинальным током 25 А.
Если выключатель установлен в ряд с другими автоматами, в металлическом шкафу, то его номинальный ток определяется по формуле
Принимаем к установке автоматический выключатель с номинальным током Iн.а = 32 А.
4.2. Принципы выбора коммутационной аппаратуры
К коммутационным аппаратам относится достаточно широкий спектр электрооборудования, с помощью которого осуществляется включение-отключение как основных токовых цепей, так и цепей управления.
Для коммутации основных токовых цепей наряду с рассмотренными выше автоматическими выключателями используются рубильники, переключатели, контакторы, магнитные пускатели и т.п.
Для коммутации цепей управления используются различные реле, как мгновенного действия, так и реле с выдержкой времени на замыкание и размыкание контактов, кнопки и ключи (переключатели) управления и пр.
Аппаратура для коммутации цепи управления может содержать аппарат для цепи управления и связанные с ним устройства, например световые индикаторы.
Аппарат для цепей управления может содержать один или несколько коммутационных элементов и механизм передачи усилия переключения. Коммутационный элемент может быть контактным или полупроводниковым.
Выбор при проектировании аппаратов из рассматриваемой группы определяется следующими основными параметрами:
Номинальным напряжением и потребляемым током катушек;
Коммутационной способностью контактов или выходных полупроводниковых цепей
(номинальное напряжение, номинальный ток коммутируемый цепи);
Для реле с выдержкой времени - диапазоном выдержки времени.
Не менее важными факторами являются способ установки аппарата (под винт, на DIN-рейку) и присоединение проводов (переднее, заднее).