что такое кривая отключения автомата

Разделение автоматических выключателей по время токовым характеристикам

Защитные характеристики C, B и D автоматов

Поставляем автоматические выключатели ВА47‑29 с номинальными токами от 0,5 до 63 ампер с защитными характеристиками B, C или D.

Введение

Тепловой и электромагнитный расцепитель установлен в каждом полюсе автомата и вместе их называют комбинированным расцепителем.

Характеристика C, B или D определяет силу тока короткого замыкания, при которой произойдёт мгновенное защитное срабатывание, а следовательно, места применения автомата с конкретной характеристикой. Срабатывание вызывает электромагнитный расцепитель.

Слева фотография модульных выключателей ВМ63 с разбором надписей («что есть что»).

Отличия автоматических выключателей с характеристиками B, C и D

где I_n – номинальный ток автоматического выключателя.

*Под словами «не сработает» понимаем не сработает под воздействием электромагнитного расцепителя мгновенного действия. Но есть тепловой расцепитель, который нагреется в течение нескольких секунд и отключит сеть.

При этом стандарт не указывает как будет вести себя выключатель в самом диапазоне (заложена погрешность). Испытания проводят только в граничных положениях (согласно таблице 6 на странице 19 стандарта ГОСТ 50345‑99):

Характеристика B автоматического выключателя

Характеристика C автоматического выключателя

Характеристика D автоматического выключателя

Почему подходят только автоматы с характеристикой D? В момент запуска электродвигателя появляются пусковые токи, которые больше номинального (рабочего) в 5‑7 раз. После разгона потребляемый ток равен номинальному. Если установить выключатель с характеристикой С (отключение короткого замыкания в диапазоне 5‑10 значений номинального тока), он «спутает» пусковой ток с коротким замыканием и отключит сеть. Чтобы не происходило ложных срабатываний применяют выключатели с защитной характеристикой D.

Устройство автоматического выключателя

Автоматический выключатель (на языке электриков «автомат») является основой защиты в силовых электрических цепях низкого (до 1000 Вольт) напряжения. Это комбинированный электроприбор, сочетающий в себе функции выключателя и защитного устройства. Практически вся система распределения и защиты бытовой электропроводки построена на автоматах. Хочу сразу заметить, что основное применение автомата — это защита того участка электропроводки, который находится между выходом из автомата и потребителем. Если далее по линии находится другой автомат, то наш автомат должен защищать участок между этими двумя автоматами. При возникновении перегрузки или короткого замыкания на каком-то участке цепи, должен сработать только один автомат, защищающий конкретно данный участок цепи.

Характеристики выключателей и их группы

Для автомата существует несколько важных характеристик, по которым выбирают автомат для разных нагрузок. Одна из них характеристика срабатывания автоматических выключателей.

Кривая характеристики показывает, как время срабатывания автомата меняется от величины отношения тока через контакты автомата к номинальному его значению. Линия зависимости отображается графически. Например, автоматы одного номинала при разных характеристиках кривых автоматических выключателей имеют разное время отключения.Также на графике №1 отмечены прямоугольниками зоны действия тепловой защиты и электромагнитной защиты автоматов.

Основные принципы работы автоматов защитного отключения цепей

Начнём с электрической сети, которую защищает автоматический выключатель, характеристики которого напрямую зависят от параметров защищаемого участка сети. Задача автомата – контролировать параметры тока в этой цепи, не допуская перегрузок, немедленно отключить участок при возникновении перегрева проводов, или коротком замыкании, а также, если сила тока превысит допустимые пороговые значения. Таким образом, между точкой, в которой подключён к энергосистеме Ваш объект, и прибором, который потребляет энергию, есть два главных элемента. Первый – автоматический выключатель, характеристики которого связаны со вторым – кабелем (проводами), точнее с количеством жил и сечением этого кабеля. Приведём 2 простых примера:

В прихожей несколько лампочек, общей мощностью 400 ватт и участок тёплого пола, мощностью 1500 ватт. Сеть 220 вольт, а значит (Ватт = Вольт х Ампер), 1400 Ватт делить на 220 вольт равно 8,4 Ампера. То есть для защиты этого участка, достаточно автомата с силой тока 8,4 Ампера, а мы поставили 10 А.

В кухне 10 приборов мощностью 1200 ватт, а всего 12000 Ватт. Следовательно, для этого участка: 12000 делим на 220- нужно 54 Ампера, но мы ограничились стандартным автоматом в 25 Ампер.

Для понимания принципа действия автоматических выключателей этих примеров достаточно.

В прихожей автомат отключится, скорее всего, только тогда, когда произойдёт короткое замыкание в цепи. Вероятность отключения из-за перегрузки, перегрева этого участка сети ничтожна (при неизменности параметров тока, приходящего снаружи)

Особых требований к сечению проводов на этом участке также нет.

Внимание! В этой прихожей, приведенной как пример, нет розеток для подключения других приборов!

Но в кухне, включение одного за другим приборов приведёт к следующей ситуации:

Каждый включённый прибор (+1200 ватт) будет увеличивать нагрузку, а значит силу тока в этой цепи. Включённый 5-й прибор поднимет силу тока до:
5*1200/220=27,3 А.

Автомат же «знает», что сила тока на данном участке не может превышать 25 Ампер. Поэтому включение 5-го прибора приведёт к отключению кухни от сети. (Уточним, в том случае, если характеристика автомата 1 к 1, о чём ниже).

Совет. В случае срабатывания автомата защиты, обдумайте последнее действие (включение утюга, например), отключите приборы в обесточенной зоне (желательно — вынув вилки из розеток), и только убедившись, что всё выключено, подождав минут десять (чтобы остыли перегретые элементы предохранителя) попробуйте его включить снова.

Итак, автомат, обнаружив превышение параметра силы тока, обесточил участок сети. Что происходит в случае, если на кухне произошло короткое замыкание? Замыкание приводит к резкому возрастанию нагрузки, и мгновенному повышению силы тока. В этом случае провода становятся нагревательными элементами, разогреваясь до высоких температур. Разогрев происходит одновременно во всей цепи, по которой проходит ток. При этом сила тока может мгновенно повышаться до очень больших значений. Это может привести к обгоранию контактов и к неизбежному пожару, если время срабатывания автоматического выключателя выбрано неверно.

Обдумав вышесказанное, Вы без труда поймёте остальные характеристики автоматов, как их «прочитать», а также базовые принципы действия автоматических выключателей, в том числе и для промышленного применения.

Обозначения и типы выключателей тока

На передней панели выключателя максимальной токовой защиты имеется несколько обозначений, определяющих параметры реле максимального тока:

C2 — самый важный параметр автоматического выключателя. Первая буква, в данном случае «С», определяет характеристики переключателя, а «2» — номинальный ток

230 / 400V — второй по важности параметр. Это электрическое напряжение, на которое рассчитан переключатель

Автоматические выключатели, предназначенные для переменного тока, также могут использоваться в системах постоянного тока, но характеристики их для переменного и постоянного тока различны.

6000 в рамке — значение означает максимальный ток, который может протекать через коммутатор, чтобы он ещё работал правильно. 6000A — действительно большой ток и в домашних условиях практически невозможно получить такое значение даже при коротком замыкании.

3 в рамке — класс ограничения энергии, вызванного коротким замыканием. Это самый высокий класс, и с подобными выключателями максимального тока приходится встречаться редко, обычно они имеют более низкий класс.

FAEL и S301 — код производителя и продукта (обозначение зависит от стандартов производителя).

Выключатели максимального тока могут быть не только одиночными (1P), но также могут иметь 2, 3 или 4 элемента.

Коммутатор для многопозиционных переключателей является общим, то есть возможны только два состояния: все цепи подключенные к автоматическому выключателю включены или все цепи отключены. Это имеет смысл, например, использование трехпозиционного автоматического выключателя для трехфазных устройств, где при обнаружении короткого замыкания или перегрузки на каком-либо однофазном проводнике все устройство будет обесточено.

Характеристика срабатывания

Чувствительность электромагнитных расцепителей регламентируется параметром, называемым характеристикой срабатывания. Это важный параметр, и на нем стоит немного задержаться. Характеристика, иногда ее называют группой, обозначается одной латинской буквой, на корпусе автомата ее пишут прямо перед его номиналом, например надпись C16 означает, что номинальный ток автомата 16А, характеристика С (наиболее, кстати, распространенная). Менее популярны автоматы с характеристиками B и D, в основном на этих трех группах и строится токовая защита бытовых сетей. Но есть автоматы и с другими характеристиками.

Согласно википедии, автоматические выключатели делятся на следующие типы (классы) по току мгновенного расцепления:

При этом википедия ссылается на ГОСТ Р 50345-2010. Я специально перечитал весь этот стандарт, но ни о каких типах L, Z, K в нем ни разу не упоминается. Да и в продаже я что-то не наблюдаю таких автоматов. У европейских производителей классификация может несколько отличаться. В частности, имеется дополнительный тип A
(свыше 2·I n
до 3·I n
). У отдельных производителей существуют дополнительные кривые отключения. Например, у АВВ
имеются автоматические выключатели с кривыми K
(8 — 14·I n
) и Z (2 — 4·I n
), соответствующие стандарту МЭК 60947-2. В общем, будем иметь в виду, что, кроме B, C и D существуют и иные кривые, но в данной статье будем рассматривать только эти. Хотя сами по себе кривые одинаковы — они вообще показывают зависимость времени срабатывания теплового расцепителя от тока. Разница лишь в том, до какой отметки доходит кривая, после чего она резко обрывается до значения, близкого к нулю. А вот и сами графики:

Это усредненные графики, на самом деле допускается некоторый разброс по времени срабатывания тепловой защиты. Что нам следует иметь в виду, выбирая характеристику отключения? Здесь на первый план выходят пусковые токи того оборудования, которое мы собираемся включать через данный автомат

Нам важно, чтобы пусковой ток в сумме с другими токами в этой цепи не оказался выше тока срабатывания электромагнитного расцепителя (тока отсечки). Проще тогда, когда мы точно знаем, что будет подключаться к нашему автомату, но когда автомат защищает группу розеток, тогда мы только можем предполагать, что и когда туда будет включено

Конечно, мы можем взять с запасом — поставить автоматы группы D. Но далеко не факт, что ток короткого замыкания в нашей цепи где-нибудь на дальней розетке будет достаточен для срабатывания отсечки. Конечно, через десяток секунд тепловой расцепитель нагреется и отключит цепь, но для проводки это окажется серьезным испытанием, да и возгорание в месте замыкания может произойти. Поэтому нужно искать компромисс. Как показала практика, для защиты розеток в жилых помещениях, офисах — там, где не предполагается использование мощного электроинструмента, промышленного оборудования, — лучше всего устанавливать автоматы группы B. Для кухни и хозблока, для гаражей и мастерских обычно ставятся автоматы с характеристикой C — там, где есть достаточно мощные трансформаторы, электродвигатели, там есть и пусковые токи. Автоматы группы D следует ставить там, где есть оборудование с тяжелыми условиями пуска — транспортеры, лифты, подъемники, станки и т.д.

Посмотрите на следующую картинку, очень похожую по смыслу на предыдущую, здесь как раз показан разброс параметров тепловой защиты автоматических выключателей:

Обратите внимание на два числа сверху графика. Это очень важные числа

1.13 — это та кратность, ниже которой никакой исправный автомат никогда не сработает. 1.45 — это та кратность, при которой любой исправный автомат гарантированно сработает. Что они означают на деле? Рассмотрим на примере. Возьмем автомат на 10А. Если мы пропустим через него ток 11.3А или меньше, он не отключится никогда. Если мы увеличим ток до 12, 13 или 14 А — наш автомат может через какое-то время отключиться, а может и не отключиться вовсе. И только когда ток превысит значение 14.5А, мы можем гарантировать, что автомат отключится. Насколько быстро — зависит от конкретного экземпляра. Например, при токе 15А время срабатывания может составлять от 40 секунд до 5 минут. Поэтому, когда кто-то жалуется, что у него 16-амперный автомат не срабатывает на 20 амперах, он это делает напрасно — автомат совершенно не обязан срабатывать при такой кратности. Более того — эти графики и цифры нормированы для температуры окружающей среды, равной 30°C, при более низкой температуре график смещается вправо, при более высокой — влево.

Подключение максимальной токовой защиты

Схемы схемами, но в конце концов нужно брать отвертку и присоединять провода к электрощитку. Начнем с удаления изоляции с конца провода. Удаленная изоляция должна быть достаточной длины. Слишком короткая изоляция — это, во-первых, меньшая контактная поверхность выключателя с кабелем, а во-вторых, риск завинчивания крепления на изоляцию, вместо оголенного провода. Правильная длина кончика: 10-15 мм.

Во-вторых, нужно вставить провод куда следует. Кабель должен находиться между подвижным зажимом и верхней частью отверстия. Проблема при всей своей простоте может быть реальной. Чаще всего смотрят на переключатель спереди, поэтому не могут видеть клеммы-терминалы и нетрудно сделать ошибку.

Клеммы с обеих сторон выключателя функционируют одинаково. Подключение двух проводов к автоматическому выключателю возможно при условии, что оба провода имеют одинаковое поперечное сечение. Попытка подключения проводов с различными поперечными сечениями не рекомендуется.

Более тонкий провод во время работы может выскочить из крепления. На приведенных выше рисунках подключены два провода: коричневый 2,5 мм2 и черный 1,5 мм2.

Изменение характеристик расцепления автоматов

Как упоминалось в начале статьи, все характеристики предохранительных автоматов приводятся при температуре окружающей среды в 30 градусов по Цельсию. Для того, чтобы узнать время срабатывания механических коммутаторов при других температурах, следует учитывать такие поправочные коэффициенты:

1.Kt – температурный коэффициент окружающего воздуха. На графике ниже можно проанализировать его значения. Чем выше температура воздуха, тем ниже значение данного коэффициента, а значит и снижается номинальный ток выключателя, то есть его нагрузочная способности. Или, иначе, чем холодней, тем меньше нагрузочная способность. По этойпричине в жарких помещениях возможно срабатывания автоматов даже без роста нагрузки.

2.Kn– коэффициент учета количества установленных автоматов в ряд. Когда в одном ряду уставлено несколько защитных автоматов, то они передают часть своего тепла остальным выключателям. На графике ниже представлена зависимость конвекции тепла от количества автоматов. Чем больше устройств в ряду, тем меньше их нагрузочная способность.

Для того, чтобы рассчитать электроток, в соответствии с температурой окружающей среды, нужно номинальный ток механического коммутатора умножить на приведенные выше коэффициенты.

Теперь рассмотри пример использования коэффициентов на практике. Допустим, распределительный щиток установлен на улице и к нему подключено 4 автомата:

Температура окружающей среды – минус 10 градусов по Цельсию.

Находим поправочные коэффициенты для автомата ВА 47-29 С16:

Рассчитываем номинальный ток:

Следовательно, чтобы определить предельное время отключения защитного автомата типа С нужно использовать не соотношение I/In (I/16), а I/In* (I/14,43).

Назначение и принцип действия расцепителей

Непосредственная электрической цепи осуществляется с помощью подвижного и неподвижного контактов. В подвижном контакте имеется пружина, обеспечивающая быстрое расцепление контактов. Для приведения в действие механизма расцепления существуют два вида расцепителей.

Тепловой расцепитель
, по сути, является биметаллической пластиной, которая нагревается при протекании тока. Когда ток превышает допустимое значение, происходит изгиб пластины и расцепляющий механизм начинает действовать. Время его срабатывания находится в зависимости от тока. Минимальное значение электротока, когда срабатывает расцепитель, имеет величину в 1,45 от значения тока уставки. Срабатывания настраивается с помощью специального регулировочного винта. После того, как пластина остынет, автомат будет полностью готов к последующему использованию.

Электромагнитный расцепитель
обладает мгновенным действием и носит еще одно название отсечки. Это соленоид с подвижным сердечником, который и приводит в действие расцепляющий механизм. При протекании тока через обмотку происходит втягивание сердечника, если токовое значение превышает заданный порог. Срабатывание происходит мгновенно, в этих случаях превышение электротока может составлять 2-10 раз от номинального значения.

Маркировка автомата

Согласно ПУЭ каждый аппарат защиты должен иметь надпись, указывающую значение номинального тока. Чтобы узнать номинал автомата, достаточно посмотреть на его корпус. На данных устройствах защиты используется стандартная маркировка, состоящая из одной буквы (B, C или D) и числа.

Буква указывает на временную характеристику. Ее еще называют временем срабатывания. Об этом параметре речь пойдет ниже. Число обозначает номинальный ток прибора. Например:

В быту обычно применяют выключатели с временными характеристиками B и C. В промышленности встречаются защитные устройства из ряда L, Z и K.

Дополнительная информация. В маркировке скрыта и другая информация об устройстве. Например, номер серии, номинальное рабочее напряжение, отключающая способность и количество полюсов.

Автоматы с нерегулируемыми и регулируемыми расцепителями.

Токовая уставка расцепителя автомата 0,4 кВ обозначается как Ir и для некоторых устройств может изменяться в достаточно широких пределах по отношению к номинальному току автомата. Например, для термомагнитных расцепителей этот диапазон обычно равен (0,7-1)*In, для современных электронных — (0,4-1)*In. Это и есть автоматы с “расцепителем с регулируемой характеристикой”

На Рис. 1 представлена времятоковая характеристика такого автомата — Compact NSX с расцепителем TM-D.

Рис.1 Характеристика срабатывания расцепителя TM-D и его контрольные токи. (из каталога Compact NSX 100-630 А, Schneider Electric)

Весь график на Рис.1 построен в относительных единицах тока Ir, о чем свидетельствует надпись внизу. То есть сначала вы выбираете Ir в долях от In и после уже смотрите характеристику отключения расцепителя на Рис.1 в долях Ir.

На Рис.1 есть три характерных точки для теплового расцепителя (это наша защита от перегрузки кабеля согласно ПУЭ 3.1.11):

Искомый проверочный ток для защиты от перегрузки кабеля согласно ПУЭ 3.1.11 — это ток трогания It, т.е. ток при котором расцепитель гарантированно отключит выключатель в течении контрольного времени. Запомним это результат.

Теперь приведем пример автомата с “расцепителем с нерегулируемой характеристикой”. Для этого подойдет обычный модульный автомат iC60 и его времятоковая характеристика при контрольной температуре (30 гр.С). Характеристика отключения (B,C,D) может быть любая — она нас сейчас не интересует.

У такого автомата ток номинальный ток расцепителя равен номинальному току автомата, Ir=In.Тогда согласно характеристики на Рис.2 получим те же три точки, характерные для любого расцепителя:

Но в этом случае, согласно тому же пункту ПУЭ, проверочным током будем именно номинальный ток расцепителя Ir, а не It. То есть ток, который отличается на 45% от того, что использовался бы при регулируемом расцепителе! Можете еще раз прочитать определение в п.3.1.11. и убедиться самостоятельно.

Внимание вопрос: если физический смысл характеристик обоих типов расцепителей абсолютно одинаковый, то почему есть разница в методиках их проверки по условиям защиты от перегрузки? Как возможность регулирования Ir может влиять на контрольный ток проверки? И вообще, какого черта?

Первый раз, когда я это увидел, я подумал, что у меня поехала крыша и мне пора заканчивать с расчетами уставок. Потому, что согласно этому пункту получалось, что я ничего не понимаю в этом деле. Потом я решил докопаться до сути вопроса и узнать, кто же разлучил этих братьев-расцепителей. Я начал рыть в этих ваших интернетах всю доступную информацию. Шли годы… И вот наконец я обнаружил первоисточник. Устраивайтесь поудобнее, сейчас будет развязка

Характеристики автоматического выключателя

Каждая характеристика имеет два токовых порога:

В чем разница между этими характеристиками? Порог срабатывания электромагнитного отпуска (быстрый):

На графике можно увидеть 4 характеристики. Из приведенных выше данных можно сделать вывод, что автоматический выключатель с характеристикой А будет срабатывать как можно раньше, а автоматический выключатель с характеристикой D — позднее.

При включении, например, дрели, это устройство может на долю секунды потреблять всплеск тока, кратный номинальному току автоматического выключателя (так называемый пусковой ток). Предположим, что у нас есть автоматический выключатель с номинальным током 10 А, а в момент запуска дрель потребляет 35 А. Эта интенсивность в 3,5 раза превышает номинальный ток автоматического выключателя, то есть:

А что, если в системе появляется короткое замыкание, интенсивность которого может легко превысить 20-кратный номинальный ток автоматического выключателя? В случае короткого замыкания не существует разного времени задержки для выключателей которые отличаются только их характеристиками. Что это означает на практике? Если в вашем доме имеется выключатель максимального тока B16 (характеристика B, номинальный ток 16 A), а в распределительной коробке поставщика энергии, например C20, в случае короткого замыкания в цепи невозможно определить будет ли срабатывать B16 или C20, или оба одновременно.

Источник