Расшифровки характеристик и выбор автоматических выключателей

1. 1. Назначение и разновидности автоматов
2. 2. Основные параметры выбора

При выборе автоматического выключателя покупателю нужно определиться с количеством полюсов устройства, номинальным током, типом защитной характеристики и не только. Подбор значения по любому из параметров осуществляется в зависимости от помещения, в которое будет устанавливаться устройство. Специалисты точно знают, что необходимо выбрать. Но как обычному пользователю сделать правильный выбор? Обо всем по порядку.

Особенности работы автоматов защиты сети

К какому бы классу ни относился автоматический выключатель, его главная задача всегда одна – быстро определить появление чрезмерного тока, и обесточить сеть раньше, чем будет поврежден кабель и подключенные к линии устройства.

Токи, которые могут представлять опасность для сети, подразделяются на два вида:

• Токи перегрузки. Их появление чаще всего происходит из-за включения в сеть приборов, суммарная мощность которых превышает ту, что линия способна выдержать. Другая причина перегрузки – неисправность одного или нескольких устройств.
• Сверхтоки, вызванные КЗ. Короткое замыкание происходит при соединении между собой фазного и нейтрального проводников. В нормальном состоянии они подключены к нагрузке по отдельности.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя – на видео:

Токи перегрузки

Величина их чаще всего незначительно превышает номинал автомата, поэтому прохождение такого электротока по цепи, если оно не затянулось слишком надолго, не вызывает повреждения линии. В связи с этим мгновенного обесточивания в таком случае не требуется, к тому же нередко величина потока электронов быстро приходит в норму. Каждый АВ рассчитан на определенное превышение силы электротока, при котором он срабатывает.

Время срабатывания защитного автоматического выключателя зависит от величины перегрузки: при небольшом превышении нормы оно может занять час и более, а при значительном – несколько секунд.

За отключение питания под воздействием мощной нагрузки отвечает тепловой расцепитель, основой которого является биметаллическая пластина.

Этот элемент нагревается под воздействием мощного тока, становится пластичным, изгибается и вызывает срабатывание автомата.

Токи короткого замыкания

Поток электронов, вызванный КЗ, значительно превосходит номинал устройства защиты, в результате чего последнее немедленно срабатывает, отключая питание. За обнаружение КЗ и немедленную реакцию аппарата отвечает электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником. Последний под воздействием сверхтока мгновенно воздействует на отключатель, вызывая его срабатывание. Этот процесс занимает доли секунды.

Однако существует один нюанс. Иногда ток перегрузки может также быть очень большим, но при этом не вызванным КЗ. Как же аппарат должен определить различие между ними?

На видео про селективность автоматических выключателей:

Здесь мы плавно переходим к основному вопросу, которому посвящен наш материал. Существует, как мы уже говорили, несколько классов АВ, различающихся по времятоковой характеристике. Наиболее распространенными из них, которые применяются в бытовых электросетях, являются устройства классов B, C и D. Автоматические выключатели, относящиеся к категории A, встречаются значительно реже. Они наиболее чувствительны и используются для защиты высокоточных аппаратов.

Между собой эти устройства различаются по току мгновенного расцепления. Его величина определяется кратностью тока, проходящего по цепи, к номиналу автомата.

Время-токовая характеристика

Все автоматические выключатели имеют определенную зависимость времени, в течении которого он будет отключен от величины протекающего через него тока. Такая зависимость получила название время-токовой характеристики, на которой в соответствии с п.4.8 ГОСТ Р 50345-2010 по оси абсцисс откладывается величина тока кратного номиналу, а по оси ординат время, что указывается в паспорте изделия.

Замечали ли вы, что номинал автоматического выключателя не показывает то значение, при котором защита отключит питание электрической сети. Все дело в том, что отключающие функции в автомате возложены на тепловой и электромагнитный расцепитель. Первый из которых реагирует на токи перегрузки, которые долго нагревают элемент, второй срабатывает при токах короткого замыкания. Это обусловлено необходимостью пропускать кратковременные перегрузки в виде пусковых токов, которые не несут существенной угрозы электрической проводке. Поэтому автомат с номиналом в 16 А не отключит нагрузку в 17 А, а продолжит работу в том же режиме, что детально отображается на время-токовой характеристике.

Рис. 3. Время-токовые характеристики B C D

Как видите, кривая не приближается к оси ординат, поэтому отключение возможно только при значении нагрузки от 1,13 номинала автоматического выключателя, то есть для номинала в 16 А это значение составит 18,08 А, да и то отключение произойдет только через час. В соответствии с п.4.5 ГОСТ Р 50345-2010 выделяют три основных категории автоматических выключателей с время-токовой характеристикой B, C и D, приведенные на рисунке выше. Именно они являются наиболее актуальными в бытовых цепях. Как видите на изображении, все три категории отличаются зоной срабатывания, поэтому они применимы в таких ситуациях:

• B – при кратности в 3 – 5 раз, для бытовых цепей с классической линейной нагрузкой;
• C – при кратности в 5 – 10 раз, в сетях с плавным пуском электродвигателя, где присутствуют некоторые скачки тока;
• D – при кратности в 10 – 20 раз, для электроустановок с большим коэффициентом перегрузки, с асинхронными короткозамкнутыми электрическими машинами, мощными трансформаторами и т.д.

Помимо этого на практике вы можете встретить автоматические выключатели с характеристиками A, K и Z. Но на рынке они скорее редкость, чем постоянный товар. Такие время-токовые характеристики являются специфическими и используются только в узкоспециализированных отраслях. Принципиальное отличие номиналов приведено на рисунке ниже.

Рис. 4. Сравнение характеристик

Как выбрать автоматический выключатель?

• ВКонтакте
• Facebook
• ok
• Twitter
• YouTube
• Instagram
• Яндекс.Дзен
• TikTok

Что же такое автоматический выключатель (АВ) и почему его нужно выбирать?

По своей сути это электромеханическое устройство, которое выполняет функционал по прерыванию токов короткого замыкания и токов перегрузки в сети, защищая ее и подключенные электроприемники от повреждений и возгорания, служит для ее замыкания и размыкания в нормальных условиях при протекании рабочих токов нагрузки. Прерывание сверхтоков или токов короткого замыкания происходит соответственно в автоматическом режиме. А выбрать его нужно правильно для того, чтобы прерывал он их надежно, своевременно и селективно.

Основные «действующие лица» в работе типового выключателя – тепловой и электромагнитный расцепители, являющиеся исполнительными механизмами.
Тепловой расцепитель освобождает удерживающее устройство и вызывает срабатывание АВ при перегрузке сети, а электромагнитный – при коротком замыкании.

Характеристики автоматических выключателей

Основные характеристики АВ, в том числе в соответствии с ГОСТ Р 50345-2010, определяемые и оцениваемые при выборе:
1) количество полюсов (одно-, двух-, трех- и четырехполюсные), с учетом количества фазных проводников подключаемой сети и нулевого провода;
2) номинальное рабочее напряжение;
3) номинальный ток;
4) диапазон токов мгновенного расцепления, определяемый классом выключателя – А, B, C, D, K, Z.
5) отключающая способность.

Расчетом автоматических выключателей для объектов промышленности, как правило, занимаются проектные институты и используют для этого специальные методики и программное обеспечение. По ним оцениваются величины нагрузок, выбираются проводники, рассчитываются токи КЗ на различных участках цепи и потом выбираются АВ, составляются карты селективности. Серьезными расчетами при монтаже устройств домашней электросети никто не занимается. Вполне достаточно произвести подбор выключателя по номинальному току и току мгновенного расцепления.

Общая логика и цепочка подбора АВ приведены ниже.

Для любой цепи, в которой устанавливается АВ, номинальный ток защитного аппарата должен быть выбран после оценки мощности, потребляемой электроприемниками.
При этом следует понимать, что АВ предназначены защищать от перегрузки не сами электроприборы, а сеть, к которой они подключаются.

Например, когда состав, характеристики и группы электроприборов определены, то последовательность расчета такая:
• высчитывается совокупная мощность всех без исключения электроприемников, запитываемых от конкретного АВ, рассчитывается сила тока. Возьмем для наглядности суммарную мощность нагрузки, равную 3000 Вт, тогда ток I = 3000 / 220 = 13,6 A.
• выбирается стандартный автоматический выключатель с самым близким значением номинального тока из номинального ряда (6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 А) не менее рассчитанной величины силы тока нагрузки — In≥I. Выбираем АВ c In=16А.

Для упрощения подбора в статье приведена таблица соотношения между номиналом АВ, мощностью подключаемой нагрузки, схемой подключения и количеством полюсов.

Далее подбирается класс автоматического выключателя для отключения токов КЗ.

Классы или типы автоматических выключателей

Характер коммутационных процессов в сети предъявляет определенные требования к аппаратам при питании различного вида нагрузок. Поэтому АВ производителями выпускаются нескольких типов, каждый из которых отличается чувствительностью. Величина 3*Iн означает, что автомат отключится в случае, если величина сверхтока будет в 3 и более раз выше его номинала.

Для бытового применения вполне достаточно выключателей типов В, С.
Все же следует учитывать, что АВ рассчитаны производителями на определенное число срабатываний. Поэтому не рекомендуется использовать автоматы в качестве выключателя нагрузки – это приводит к преждевременному изнашиванию механизма и подгоранию контактов.

Показатели номинального тока на автоматических выключателям

В мини-моделях стандартные номиналы автоматов 25-32 А, поскольку они имеют минимальный функционал работы. Они оцениваются в низкую стоимость и не могут быть настроены вручную. Воздушные автоматы обладают большими размерами, открытым негерметичным корпусом и повышенной номинальной мощностью от 400 А. Закрытые выключатели используются для силовых потребителей. У них закрытый герметичный корпус, сравнительно небольшие габариты. Они работают с сетями до 3,2 кА. Их можно использовать в экстремальном влажном климате.

К сведению! УЗО — самые популярные защитники бытовых электрических сетей. Они защищают квартирную электропроводку и жильцов от удара током. Они имеют номинальный ток от 10 А. Как и ряд других устройств, УЗО бывает однофазным, двухфазным и трехфазным.

Дифавтомат — гибридный аппарат, имеющий свойства УЗО. Им защищается проводка и обеспечивается защита от перегрузки. Его номинальное токовое значение 6-63 А.

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.

Номиналы автоматов по току таблица

Для того, чтобы защитить линию от перегрузки и короткого замыкания нужно тщательно и правильно выбрать номинал автомат по току. Вот, например, если вы защищаете линию с кабелем 2,5 кв.мм. автоматом на 25А и одновременно включили несколько мощных бытовых приборов, то ток может превысить номинал автомата, но при значении меньше 1,45 автомат может работать около часа.

Если тока будет 28 А, то изоляция кабеля начнет плавиться (так как допустимый ток только 25А), это приведет к выходу из строя, пожару и другим печальным последствиям.

Поэтому таблица автоматов по мощности и току выглядит следующим образом:

ВАЖНО! Обязательно следуйте значениям таблицы и указаниям нормативной электротехнической документации!

Выбор провода и автомата по току

Главный критерий выбора проводки и выключателя для защиты — это максимальный допустимый ток в линии. Он определяется поперечным сечением жилы питающего кабеля.

Для медного провода сечением 6 кв. мм длительный допустимый ток равен 46 А. Автоматический выключатель для защиты такой линии выбирается на меньший номинал. Например, 32 или 40 А. Если установить автомат на больший ток, то скорее сгорят провода, чем сработает защита. Поэтому устройство защиты подбирается на меньший ампераж, чем способна выдержать линия.

Другие распространенные номиналы автоматических выключателей по току указаны в таблице.

Номинал автомата защиты — это самое важное, что учитывается при его подборе. Если поставить устройство на слишком малый ток, то оно будет постоянно выключаться без перегрузок проводки. Если на слишком большой, то отключится уже после того, как на проводах обгорит изоляция.

Номинал выключателя указан в его маркировке (C25). Его значение подбирается из расчета на 1-2 порядка меньше, чем предельный допустимый ампераж в линии. Это правило свойственно и для других защитных устройств (УЗО, дифференциальный автомат).