Стандартный ряд автоматических выключателей. Как учитываются токи у автоматических выключателей. Как рассчитать требуемый номинал автоматических выключателей по току
Основным назначением автоматических выключателей, применяемых в бытовых электрических сетях, является своевременное отключение потребителей в случае возникновения короткого замыкания или превышения номинального значения тока в результате перегрузки.
Для того чтобы иметь возможность выполнять обе эти функции, любой должен быть оснащен двумя видами расцепителей, один из которых (электромагнитный) реагирует на резкое увеличение тока, а другой (тепловой) размыкает цепь в случае недопустимого возрастания температуры проводников.
Невыполнение защитой своих функций может привести к чрезмерному нагреву элементов сети, их разрушению или возникновению пожара. Поэтому при монтаже или ремонте крайне важно правильно выбрать и установить устройства ее защиты.
Вполне естественно, что значения номинального тока и напряжения, а также времени отключения у различных автоматических выключателей разное.
Для того чтобы разобраться в критериях и правилах, которыми принято руководствоваться при установке этих устройств, следует внимательнее присмотреться к их техническим характеристикам.
Большинство их этих характеристик можно определить, просто глядя на соответствующие маркировки, нанесенные на корпус автоматического выключателя.
Номинальный ток
Эта характеристика показывает, какой максимально допустимый ток может протекать через это устройство в течение длительного времени не вызывая при этом срабатывания теплового расцепителя.
Чтобы рассчитать это значение для отдельной однофазной линии, нужно совокупную мощность подключенных к ней электроприборов разделить на напряжение сети. Например, при мощности потребителей в 3 кВт номинальный ток будет равен:
Номинальное напряжение
Тут все очень просто, для однофазной сети следует выбирать автоматы с номиналом 230 В, а для трехфазной – 380 В.
Тип времятоковой характеристики
Эта характеристика показывает зависимость скорости отключения контактов расцепителя от величины протекающего через них тока. Дело в том, что некоторые устройства, применяемые в бытовых электросетях, имеют достаточно большие пусковые токи, намного превышающие значения номинальных токов.
В бытовых электросетях применяются автоматические выключатели, имеющие три типа времятоковых характеристик:
- В. Предназначены для питания и линий освещения.
- С. Наиболее распространенный тип выключателей, применяется для питания более мощных, чем в предыдущем случае потребителей (в том числе и двигателей с небольшими пусковыми токами). Такой автомат может быть использован в качестве вводного отключающего устройства в системе электроснабжения квартиры или частного дома.
- Автоматы с характеристикой этого типа используются главным образом для защиты электродвигателей.
Как видно из рисунка, даже при десятикратном превышении током в цепи своего номинального значения, автомат, имеющий характеристику D, отключит цепь с задержкой от 1 до 2 с.
Номинальная отключающая способность
Эта характеристика показывает, какое максимальное значение тока может быть отключено этим автоматом.
Количество полюсов
В однофазных сетях используются выключатели, имеющие один или два полюса. Для установки в цепь питания трехфазного двигателя применяют трехполюсные устройства, а для защиты потребителей четырехпроводной трехфазной сети (с выделенным нулем) – четырехполюсные автоматы.
Если все вышеперечисленные значения определены, то выбрать автоматический выключатель для установки в квартире не представляет особой сложности. Однако есть еще несколько важных моментов, на которые стоит обратить внимание при монтаже системы защиты, состоящей из нескольких выключателей.
- Для обеспечения максимальной надежности лучше использовать автоматы от одного производителя.
- Подбирать номиналы выключателей по току нужно таким образом, чтобы обеспечить селективность системы автоматической защиты. То есть в случае возникновения аварийных ситуаций, она должна отключать только тот участок сети, где такая ситуация возникла. Чтобы обеспечить этот параметр, нужно в качестве общих автоматов выбирать устройства с большим значением номинального тока.
- Чтобы избежать приобретения некачественного или несоответствующего заявленным характеристикам устройства, лучше не покупать его у непроверенных поставщиков. Для этой цели существуют специализированные магазины или, в идеале, сертифицированные дилеры надежных производителей.
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.
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).
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)
- 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 выбора автомата по мощности нагрузки необходимо рассчитать ток нагрузки, и подобрать номинал автоматического выключателя больше или равному полученному значению. Значение тока, выраженное в амперах в однофазной сети 220 В., обычно превышает значение мощности нагрузки, выраженное в киловаттах в 5 раз, т.е. если мощность электроприемника (стиральной машины, лампочки, холодильника) равна 1,2 кВт., то ток, который будет протекать в проводе или кабеле равен 6,0 А(1,2 кВт*5=6,0 А). В расчете на 380 В., в трехфазных сетях, все аналогично, только величина тока превышает мощность нагрузки в 2 раза.
Коэффициент мощности
это безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.
Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига или cos φ
Косинус фи возьмем из таблицы 6.12 нормативного документа СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий»
Таблица 1. Значение Cos φ в зависимости от типа электроприемника
Примем наш электроприемник мощностью 1,2 кВт. как бытовой однофазный холодильник на 220В, cos φ примем из таблицы 0,75 как двигатель от 1 до 4 кВт.
Рассчитаем ток I=1200 Вт / 220В * 0,75 = 4,09 А.
Теперь самый правильный способ определения тока электроприемника — взять величину тока с шильдика, паспорта или инструкции по эксплуатации. Шильдик с характеристиками есть почти на всех электроприборах.
Автоматические выключатели EKF
Общий ток в линии(к примеру розеточной сети) определяется суммированием тока всех электроприемников. По рассчитанному току выбираем ближайший номинал автоматического автомата в большую сторону. В нашем примере для тока 4,09А это будет автомат на 6А.
Очень важно отметить, что выбирать автоматический выключатель только по мощности нагрузки является грубым нарушением требований пожарной безопасности и может привести к возгоранию изоляции кабеля или провода и как следствие к возникновению пожара. Необходимо при выборе учитывать еще и сечение провода или кабеля.
По мощности нагрузки более правильно выбирать сечение проводника. Требования по выбору изложены в основном нормативном документе для электриков под названием ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), а точнее в главе 1.3. В нашем случае, для домашней электросети, достаточно рассчитать ток нагрузки, как указано выше, и в таблице ниже выбрать сечение проводника, при условии что полученное значение ниже длительно допустимого тока соответствующего его сечению.
Выбор автомата по сечению кабеля
Рассмотрим проблему выбора автоматических выключателей для домашней электропроводки более подробно с учетом требований пожарной безопасности.Необходимые требования изложены главе 3.1 «Защита электрических сетей до 1 кВ.», так как напряжение сети в частных домах, квартирах, дачах равно 220 или 380В.
Расчет сечения жил кабеля и провода Напряжение 220В.
– однофазная сеть используется в основном для розеток и освещения.
380В. – это в основном сети распределительные – линии электропередач проходящие по улицам, от которых ответвлением подключаются дома.
Согласно требованиям вышеуказанной главы, внутренние сети жилых и общественных зданий должны быть защищены от токов КЗ и перегрузки. Для выполнения этих требований и были изобретены аппараты защиты под названием автоматические выключатели(автоматы).
Автоматический выключатель «автомат»
это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии цепи, таких, как токи короткого замыкания и перегрузки.
Короткое замыкание (КЗ)
э- лектрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также, коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.
Ток перегрузки
– превышающий нормированное значение длительно допустимого тока и вызывающий перегрев проводника.Защита от токов КЗ и перегрева необходима для пожарной безопасности, для предотвращения возгорания проводов и кабелей, и как следствие пожара в доме.
Длительно допустимый ток кабеля или провода
– величина тока, постоянно протекающего по проводнику, и не вызывающего чрезмерного нагрева.
Величина длительно допустимого тока для проводников разного сечения и материала представлена ниже.Таблица представляет собой совмещенный и упрощенный вариант применимый для бытовых сетей электроснабжения, таблиц № 1.3.6 и 1.3.7 ПУЭ.
Выбор автомата по току короткого замыкания КЗ
Выбор автоматического выключателя для защиты от КЗ (короткого замыкания) осуществляется на основании расчетного значения тока КЗ в конце линии. Расчет относительно сложен, величина зависит от мощности трансформаторной подстанции, сечении проводника и длинны проводника и т.п.
Из опыта проведения расчетов и проектирования электрических сетей, наиболее влияющим параметром является длинна линии, в нашем случае длинна кабеля от щитка до розетки или люстры.
Т.к. в квартирах и частных домах эта длинна минимальна, то такими расчетами обычно пренебрегают и выбирают автоматические выключатели с характеристикой «C», можно конечно использовать «В», но только для освещения внутри квартиры или дома, т.к. такие маломощные светильники не вызывают высокого значения пускового тока, а уже в сети для кухонной техники имеющей электродвигатели, использование автоматов с характеристикой В не рекомендуется, т.к. возможно срабатывание автомата при включении холодильника или блендера из-за скача пускового тока.
Выбор автомата по длительно допустимому току(ДДТ) проводника
Выбор автоматического выключателя для защиты от перегрузки или от перегрева проводника осуществляется на основании величины ДДТ для защищаемого участка провода или кабеля. Номинал автомата должен быть меньше или равен величине ДДТ проводника, указанного в таблице выше. Этим обеспечивается автоматическое отключение автомата при превышении ДДТ в сети, т.е. часть проводки от автомата до последнего электроприемника защищена от перегрева, и как следствие от возникновения пожара.
Пример выбора автоматического выключателя
Имеем группу от щитка к которой планируется подключить посудомоечную машину -1,6 кВт, кофеварку – 0,6 кВт и электрочайник – 2,0 кВт.
Считаем общую нагрузку и вычисляем ток.
Нагрузка = 0,6+1,6+2,0=4,2 кВт. Ток = 4,2*5=21А.
Смотрим таблицу выше, под рассчитанный нами ток подходят все сечения проводников кроме 1,5мм2 для меди и 1,5 и 2,5 по алюминию.
Выбираем медный кабель с жилами сечением 2,5мм2, т.к. покупать кабель большего сечения по меди не имеет смысла, а алюминиевые проводники не рекомендуются к применению, а может и уже запрещены.
Смотрим шкалу номиналов выпускаемых автоматов — 0.5; 1.6; 2.5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63.
Автоматический выключатель для нашей сети подойдет на 25А, так как на 16А не подходит потому что рассчитанный ток (21А.) превышает номинал автомата 16А, что вызовет его срабатывание, при включении всех трех электроприемников сразу. Автомат на 32А не подойдет потому что превышает ДДТ выбранного нами кабеля 25А., что может вызвать, перегрев проводника и как следствие пожар.
Сводная таблица для выбора автоматического выключателя для однофазной сети 220 В.
| Номинальный ток автоматического выключателя, А. | Мощность, кВт. | Ток,1 фаза, 220В. | Сечение жил кабеля, мм2. |
| 16 | 0-2,8 | 0-15,0 | 1,5 |
| 25 | 2,9-4,5 | 15,5-24,1 | 2,5 |
| 32 | 4,6-5,8 | 24,6-31,0 | 4 |
| 40 | 5,9-7,3 | 31,6-39,0 | 6 |
| 50 | 7,4-9,1 | 39,6-48,7 | 10 |
| 63 | 9,2-11,4 | 49,2-61,0 | 16 |
| 80 | 11,5-14,6 | 61,5-78,1 | 25 |
| 100 | 14,7-18,0 | 78,6-96,3 | 35 |
| 125 | 18,1-22,5 | 96,8-120,3 | 50 |
| 160 | 22,6-28,5 | 120,9-152,4 | 70 |
| 200 | 28,6-35,1 | 152,9-187,7 | 95 |
| 250 | 36,1-45,1 | 193,0-241,2 | 120 |
| 315 | 46,1-55,1 | 246,5-294,7 | 185 |
Сводная таблица для выбора автоматического выключателя для трехфазной сети 380 В.
| Номинальный ток автоматического выключателя, А. | Мощность, кВт. | Ток, 1 фаза 220В. | Сечение жил кабеля, мм2. |
| 16 | 0-7,9 | 0-15 | 1,5 |
| 25 | 8,3-12,7 | 15,8-24,1 | 2,5 |
| 32 | 13,1-16,3 | 24,9-31,0 | 4 |
| 40 | 16,7-20,3 | 31,8-38,6 | 6 |
| 50 | 20,7-25,5 | 39,4-48,5 | 10 |
| 63 | 25,9-32,3 | 49,2-61,4 | 16 |
| 80 | 32,7-40,3 | 62,2-76,6 | 25 |
| 100 | 40,7-50,3 | 77,4-95,6 | 35 |
| 125 | 50,7-64,7 | 96,4-123,0 | 50 |
| 160 | 65,1-81,1 | 123,8-124,2 | 70 |
| 200 | 81,5-102,7 | 155,0-195,3 | 95 |
| 250 | 103,1-127,9 | 196,0-243,2 | 120 |
| 315 | 128,3-163,1 | 244,0-310,1 | 185 |
| 400 | 163,5-207,1 | 310,9-393,8 | 2х95* |
| 500 | 207,5-259,1 | 394,5-492,7 | 2х120* |
| 630 | 260,1-327,1 | 494,6-622,0 | 2х185* |
| 800 | 328,1-416,1 | 623,9-791,2 | 3х150* |
* — сдвоенный кабель, два кабеля соединенных паралельно, к примеру 2 кабеля ВВГнг 5х120
Итоги
При выборе автомата необходимо учитывать не только мощность нагрузки, но и сечение и материал проводника.
Для сетей с небольшими защищаемыми участками от токов КЗ, можно применять автоматические выключатели с характеристикой «С»
Номинал автомата должен быть меньше или равен длительно допустимому току проводника.
