Стандартний ряд автоматичних вимикачів. Як враховуються струми автоматичних вимикачів. Як розрахувати необхідний номінал автоматичних вимикачів струму
Основним призначенням автоматичних вимикачів, що застосовуються в побутових електричних мережах, є своєчасне відключення споживачів у разі короткого замикання або перевищення номінального значення струму в результаті перевантаження.
Для того щоб мати можливість виконувати обидві ці функції, будь-який має бути оснащений двома видами розчіплювачів, один з яких (електромагнітний) реагує на різке збільшення струму, а інший (тепловий) розмикає ланцюг у разі неприпустимого зростання температури провідників.
Невиконання захисту своїх функцій може призвести до надмірного нагрівання елементів мережі, їх руйнування або виникнення пожежі. Тому при монтажі чи ремонті дуже важливо правильно вибрати та встановити пристрої її захисту.
Цілком природно, що значення номінального струму та напруги, а також часу відключення у різних автоматичних вимикачів різне.
Щоб розібратися в умовах і правилах, якими прийнято керуватися при встановленні цих пристроїв, слід уважніше придивитися до їх технічних характеристик.
Більшість цих характеристик можна визначити, просто дивлячись на відповідні маркування, нанесені на корпус автоматичного вимикача.
Номінальний струм
Ця характеристика показує, який максимально допустимий струм може протікати через пристрій протягом тривалого часу не викликаючи при цьому спрацьовування теплового розчіплювача.
Щоб розрахувати це значення окремої однофазної лінії, потрібно сукупну потужність підключених до неї електроприладів розділити на напругу мережі. Наприклад, при потужності споживачів у 3 кВт номінальний струм дорівнюватиме:
Номінальна напруга
Тут все просто, для однофазної мережі слід вибирати автомати з номіналом 230 В, а для трифазної – 380 В.
Тип частокової характеристики
Ця характеристика показує залежність швидкості відключення контактів розчіплювача від величини струму, що протікає через них. Справа в тому, що деякі пристрої, які застосовуються в побутових електромережах, мають досить великі пускові струми, які набагато перевищують значення номінальних струмів.
У побутових електромережах застосовуються автоматичні вимикачі, що мають три типи часових характеристик:
- В. Призначені для живлення та ліній освітлення.
- С. Найбільш поширений тип вимикачів, застосовується для живлення потужніших, ніж у попередньому випадку споживачів (у тому числі двигунів з невеликими пусковими струмами). Такий автомат може бути використаний як вступний пристрій, що відключає в системі електропостачання квартири або приватного будинку.
- Автомати з характеристикою цього використовуються головним чином захисту електродвигунів.
Як видно з малюнка, навіть при десятикратному перевищенні струмом у ланцюзі свого номінального значення автомат, що має характеристику D, відключить ланцюг із затримкою від 1 до 2 с.
Номінальна відключаюча здатність
Ця характеристика показує, яке максимальне значення струму можна відключити цим автоматом.
Кількість полюсів
В однофазних мережах використовуються вимикачі, що мають один або два полюси. Для встановлення в ланцюг живлення трифазного двигуна застосовують триполюсні пристрої, а для захисту споживачів чотирипровідної трифазної мережі (з виділеним нулем) чотириполюсні автомати.
Якщо всі перераховані вище значення визначені, то вибрати автоматичний вимикач для установки в квартирі не становить особливої складності. Однак є ще кілька важливих моментів, на які варто звернути увагу під час монтажу системи захисту, що складається з кількох вимикачів.
- Для забезпечення максимальної надійності найкраще використовувати автомати від одного виробника.
- Підбирати номінали вимикачів по струму необхідно таким чином, щоб забезпечити селективність системи автоматичного захисту. Тобто у разі виникнення аварійних ситуацій вона повинна відключати тільки ту ділянку мережі, де така ситуація виникла. Щоб забезпечити цей параметр, потрібно як спільні автомати вибирати пристрої з великим значенням номінального струму.
- Щоб уникнути придбання неякісного або невідповідного заявлених характеристик пристрою, краще не купувати його у неперевірених постачальників. Для цього існують спеціалізовані магазини чи, в ідеалі, сертифіковані дилери надійних виробників.
Струм, що проходить через автоматичний вимикач, визначається за відомим законом Ома величиною прикладеної напруги, віднесеної до опору підключеного ланцюга. Це теоретичне становище електротехніки закладено основою роботи будь-якого автомата.
Насправді напруга мережі, наприклад, 220 вольт підтримується автоматичними пристроями енергопостачальної організації у межах нормативів, обумовлених державними стандартами, змінюється всередині цього діапазону незначно. Вихід його межі ГОСТ вважається несправністю, аварією.
Автоматичний вимикач врізається у фазний провід електроживлення світильників, розеток та інших споживачів. Коли від розетки спочатку запитують електробритву, а потім миючий пилосос, то в обох випадках через автомат протікає струм по замкнутому контуру між фазою і нулем.
Але, у першому випадку він буде порівняно невеликим, а у другому — значним: ці прилади відрізняються опіром. Вони створюють різне навантаження. Її величину постійно відстежують захисту автомата, здійснюючи її відключення при відхиленнях від норми.
Як проходить струм через автоматичний вимикач
Конструктивно автомат створений так, що струм впливає на послідовно розташовані елементи. До них відносяться:
клеми підключення проводів із затискними гвинтами;
силові контакти з рухомою та стаціонарною частиною;
біметалічна пластина теплового розчіплювача;
електромагніт відсічення струмів коротких замикань;
сполучні струмопроводи.
Шлях струму через автоматичний вимикач показаний на зображенні умовними стрілками червоного кольору.
Силові рухомі контакти притискаються до нерухомих, створюючи безперервне електричне коло тільки після повороту важеля управління вручну оператором. Обов'язковою умовою включення є відсутність аварійних ситуацій у схемі, що комутується. Якщо з'являться, то відразу починають працювати захисту на автоматичне відключення. Іншого способу увімкнути автомат не існує.
А ось розірвати ці контакти, знеструмивши подачу потенціалу фази до споживачів, можна двома способами:
вручну, повернувши у вихідне положення важіль управління;
автоматично від спрацьовування захисту.
Як створюються та працюють конструктивні елементи автоматичного вимикача
Силові контакти
Вони, як і вся конструкція автоматичного вимикача, розраховані на передачу обмеженої потужності. Перевищувати її не можна, бо інакше автомат вийде з ладу — згорить.
Технічною характеристикою, що обмежує максимальну потужність, що проходить через силові контакти, є показник, званий «Гранична здатність, що відключає». Його позначають індексом Icu.
Значення граничної вимикаючої здатності автоматичного вимикача визначається при його проектуванні зі стандартного ряду струмів, що вимірюється зазвичай в кілоамперах. Наприклад, Icu може дорівнювати 4 або 6 або навіть 100 або більше кА.
Ця величина вказується прямо на лицьовій стороні корпусу автомата, як і інші параметри параметрів значень струмів.
Отже, через силові контакти показаного на зображенні автомата може безпечно проходити електричний струм від нуля до 4000 ампер. Сам АВ його нормально витримає та відключить у разі виникнення аварійної ситуації всередині підключеної електропроводки зі споживачами.
З цією метою введено розмежування струмів, що протікають через силові контакти на:
1. номінальні та робітники;
2. аварійні, що включають навантаження та короткі замикання.
Що таке номінальний струм автоматичного вимикача
Будь-який автомат створюється для роботи за певних технічних умов. Він повинен надійно забезпечувати проходження робочого струму навантаження, що протікає як електричною проводкою, так і підключеним споживачам.
При виборі автомата для побутової мережі користувачі часто враховують струмопровідні властивості проводки або тільки потужність електричних приладів, помиляючись: необхідно комплексно аналізувати обидва ці питання. Бо вимикач - це автоматичний пристрій, який вже налагоджений під спрацьовування при досягненні певних значень струму.
Коли ці умови ще не настали, а робочий струм через автомат менший. чим нижня межа відключення, то силові контакти надійно замкнуті. Верхню межу цього робочого діапазону прийнято називати номінальним струмом, позначаючи In.
Показана на малюнку цифра «16» позначає, що струми, що проходять через силові контакти включно до 16 ампер, будуть надійно передаватися автоматичним вимикачем до підключених споживачів через електричні дроти.
Як працюють захисту
Всі струми, більші за номінальне значення, призводять до спрацьовування захистів. Їх називають струмами спрацьовування, позначають Iср.
Для автоматичного відключення всередині корпусу автомата змонтовано два види пристроїв, що працюють за різними принципами відключення:
1. нагрівання та вигину біметалу з виведенням механічної клямки з зачеплення;
2. вибиванням клямки механічним ударом сердечником електромагніта.
Тепловий розчіплювач
Він працює за рахунок вигину біметалічної складової пластини при нагріванні від струму, що проходить через неї, а охолоджується за рахунок відведення тепла в навколишнє середовище.
До цього розчіплювача прикладається теплова енергія, створювана електричним струмом по біметалу, що проходить. Її величина, як відомо з закону Джоуля-Ленца, залежить від:
1. електричного опору ланцюга;
2. сили струму, що протікає;
3. та часу його впливу.
З цих трьох параметрів електричний опір у процесі практично не змінюється. Його враховують лише за теоретичних розрахунків. При комутаціях навантаження різко змінюється струм. Тому важливіше два інші параметри:
1. величина електричного струму;
2. час його протікання.
Для обліку його величини при правильному налаштуванні та роботі автоматичного вимикача використовують спеціальні прилади – вимірювачі опору цієї петлі.
Їх замір дозволяє врахувати поправку, що вноситься додатковим опором проводів, а значить точно враховувати струми, що проходять в аварійному режимі через силові контакти та захисту автоматичного вимикача.
Як автоматичний вимикач перевіряється на струми, що проходять через нього
Після виготовлення на виробництві до моменту встановлення електричної схеми продукція будь-якого виробника може транспортуватися на великі відстані або довго зберігатися на складах. За цей час можливе зниження її якості, пов'язане із порушенням технічних характеристик.
Тому автоматичні вимикачі при монтажі в схему до введення її в роботу повинні перевірятися на справність, яку прийнято називати провантаженням.
Для цього в електролабораторії збирається спеціальна схема провантаження автомата або використовується одна із численних конструкцій стаціонарних або переносних стендів.
Автоматичний вимикач перевіряється за номінальним струмом, вказаним на корпусі. Він має довго витримувати його величину.
Потім автомат піддають перевантаженням та струмам коротких замикань, які він повинен витримувати під час експлуатації. При цьому чітко заміряються та фіксуються:
1. струми спрацьовування захистів теплового розчіплювача та струмового відсічення;
2. часи відключення автомата з моменту імітації аварійної ситуации.
Деякі конструкції автоматів дозволяють регулювати вихідні параметри під час провантаження. Наприклад, окремі види теплових розчіплювачів мають гвинтове кріплення, що дозволяє коригувати уставку спрацьовування біметалічної пластини у певних межах.
Всі вимірювані характеристики фіксуються з високою точністю вимірювальними приладами і заносяться до протоколу перевірки, порівнюються з вимогами ГОСТ. Після їхнього аналізу видається свідоцтво із висновком про придатність.
Провантаження автомата під навантаженням дозволяє виявити шлюб, запобігає випадкам можливих пожеж та електричних травм.
Таким чином, струми, що проходять через автоматичні вимикачі, враховуються при проектуванні, виробництві, випробуваннях та експлуатації. Для цього запроваджено терміни, що враховуються вимогами ГОСТ:
номінальний струм;
навантаження;
струм короткого замикання;
струм спрацьовування захисту;
час вимкнення несправності.
У цій статті ми розглянемо основні характеристики автоматичних вимикачів, які потрібно знати, щоб правильно орієнтуватися при їх виборі. номінальний струм та час струмові характеристики автоматичних вимикачів.
Нагадаю, що ця публікація входить до серії статей та відео, присвячених електричним апаратам захисту з курсу
Основні характеристики автоматичного вимикача вказуються на його корпусі, де також наноситься торгова марка або бренд виробника та каталожний чи серійний номер.
Найголовніша характеристика автоматичного вимикача - номінальний струм. Це максимальний струм (в Амперах), який може протікати через автомат нескінченно довго, не відключаючи ланцюг, що захищається. При перевищенні протікаючим струмом цієї величини, автомат спрацьовує і розмикає ланцюг, що захищається.
Ряд значень номінального струму автоматичних вимикачів стандартизовано і становить:
6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100А.
Величина номінального струму автомата вказується на корпусі в амперах і відповідає температурі навколишнього середовища +30˚С. Зі збільшенням температури значення номінального струму знижується.
У момент підключення в електричну мережу деяких споживачів, наприклад холодильників, пилососів, компресорів та ін. в ланцюзі короткочасно виникають пускові струми, які можуть у кілька разів перевищувати номінальний струм автомата. Для кабелю такі короткочасні кидки струму не страшні.
Тому, щоб автомат не вимикався щоразу при невеликому короткочасному зростанні струму в ланцюзі, застосовують автомати з різними типами час-струмової характеристики.
Таким чином, наступна основна характеристика:
час-струмова характеристика спрацьовування автоматичного вимикача- це залежність часу відключення ланцюга, що захищається, від сили протікає через неї струму. Струм вказується як ставлення до номінального струму I/Iном, тобто. у скільки разів струм, що протікає через автомат, перевищує номінальний для даного автоматичного вимикача.
Важливість цієї характеристики полягає в тому, що автомати з однаковим відключатимуться по-різному (залежно від типу час-струмової характеристики). Це дає можливість зменшити кількість помилкових спрацьовувань, застосовуючи автоматичні вимикачі з різними струмовими характеристиками для різних типів навантаження,
Розглянемо типи час-струмових характеристик:
— Тип A(2-3 значення номінального струму) застосовуються для захисту ланцюгів з великою довжиною електропроводки та захисту напівпровідникових пристроїв.
— Тип B(3-5 значень номінального струму) застосовують для захисту ланцюгів з малим значенням кратності пускового струму з переважно активним навантаженням (лампи розжарювання, обігрівачі, печі, освітлювальні електромережі загального призначення). Показані для застосування у квартирах та житлових будинках, де навантаження в основному активні.
— Тип C(5-10 значень номінального струму) застосовуються для захисту кіл установок з помірними пусковими струмами - кондиціонери, холодильники, домашні та офісні розеткові групи, газорозрядні лампи з підвищеним пусковим струмом.
— Тип D(10-20 значень номінального струму) застосовуються для захисту ланцюгів, що живлять електроустановки з високими пусковими струмами (компресори, підйомні механізми, насоси, верстати). Встановлюються переважно у виробничих приміщеннях.
— Тип K(8-12 значень номінального струму) використовуються для захисту ланцюгів з індуктивним навантаженням.
— Тип Z(2,5-3,5 значень номінального струму) застосовуються для захисту ланцюгів з електронними приладами, чутливими до надструмів.
У побуті зазвичай використовуються з характеристиками B,Cі дуже рідко D. Тип параметра позначається на корпусі машини латинською літерою до значення номінального струму.
Маркування «С16» на автоматичному вимикачі позначатиме, що він має тип миттєвого розчеплення С (тобто спрацьовує при величині струму від 5 до 10 значень від номінального струму) та номінальний струм, що дорівнює 16 А.
Час-струмова характеристика автоматичного вимикача зазвичай наводиться у вигляді графіка. На горизонтальній осі вказується кратність значення номінального струму, а вертикальної осі - час спрацьовування автомата.
Широкий діапазон значень на графіку обумовлений розкидом параметрів автоматичних вимикачів, які залежать від температури - як зовнішньої, так і внутрішньої, оскільки автоматичний вимикач нагрівається електричним струмом, що проходить через нього, особливо, при аварійних режимах - струмом перевантаження або струмом короткого замикання (КЗ).
На графіку видно, що за значення I/Iн≤1 час відключення автоматичного вимикача прагне нескінченності. Іншими словами, поки струм, що протікає через автоматичний вимикач, менше або дорівнює номінальному струму, автоматичний вимикач не спрацює (не відключиться).
Також графік показує, що чим більше значення I/Iн (тобто чим більше струм, що протікає через автомат, перевищує номінальний), тим швидше автоматичний вимикач відключиться.
При протіканні через автоматичний вимикач струму, величина якого дорівнює нижній межі діапазону спрацьовування електромагнітного розчіплювача (3In для В, 5In для С і 10In для D), він повинен відключитися за час більше 0,1с.
При протіканні струму, що дорівнює верхній межі діапазону спрацьовування електромагнітного розчіплювача (5In для "В", 10In для "С" і 20In для "D"), автоматичний вимикач відключиться за час менше 0,1с. Якщо значення струму головного ланцюга знаходиться в діапазоні струмів миттєвого розчеплення, автоматичний вимикач розчіплюється або з незначною витримкою або без затримки часу (менше 0,1 с).
Автоматичні вимикачі
Визначення: (Дане визначення автоматичного вимикача у ГОСТ Р 50030.2.)
Автоматичний вимикач (скорочено вимикач або алегорично автомат) - механічний комутаційний апарат , що дозволяє включати, пропускати та вимикати електричний струм у нормальних умовах; включати та пропускати електричну енергію протягом заданого проміжку часу та роз'єднувати ланцюг за певних аномальних умов ланцюга.
Призначення:
(функціональність (застосування) автоматичного вимикача)
- Функція захисту.
Автоматичний вимикач служить для протекції електричних мереж та різних енергоспоживачів від струмів короткого замикання (КЗ) та навантаження, а також від неприпустимих знижень напруги.
Для захисту від КЗ може застосовуватися електромагнітний розчіплювач (у вимикачах від 630А та вище напівпровідниковий або електронний розчіплювач).
Для захисту в зоні навантаження використовується тепловий розчіплювач (для автоматів від 630А і більше для цієї мети застосовується напівпровідниковий або електронний розчіплювач).
Для захисту від неприпустимих знижень напруги застосовуються розчіпувач мінімальної напруги або розчіплювач нульової напруги (додаткові пристрої).
2. Функція управління.
Автоматичні вимикачі допускають ручні та автоматичні нечасті оперативні вмикання/відключення ланцюга.
При ручних комутаціях виробником встановлюється кількість циклів оперування за певний час. Найчастіше, чим вищий ампераж автоматичного вимикача, тим менше комутацій допускається.
Для дистанційного керування мережею вимикач повинен бути укомплектований незалежним розчіплювачем (додаткова рекомендована опція) або електромагнітним приводом.
3. Роль автоматичного вимикача.
Багаторазовий захист об'єкта. Запобіжник здійснює лише разовий захист (після потрібно змінити розплавлену вставку або замінити сам запобіжник). Хоча вимикач і має на увазі управління ланцюгом, але для цих цілей зачату ставлять рубильник. Контактна група вимикача переносить обмежену кількість комутацій, а вартість рубильника набагато менша.
Нормативні документи (ГОСТ), якими випускаються низьковольтні автоматичні вимикачі
Перерахуємо стандарти, які нормують виробництво та випробування низьковольтних автоматичних вимикачів:
ГОСТ Р 50345-99 - стандарт на побутові автоматичні вимикачі (справжній переклад міжнародного стандарту МЕК 60898).
ГОСТ Р 50030.2-99 - стандарт на промислові автоматичні вимикачі (справжній російськомовний переклад МЕК 60947.2).
ГОСТ 9098-78 - нормативний документ на повітряні низьковольтні автоматичні вимикачі (діючий союзний стандарт).
МЕК (англійська абревіатура IEK) - Міжнародна електротехнічна комісія (International Electrotechnical Commission).
Класифікація автоматичних вимикачів:
Автоматичні вимикачі можна класифікувати за такими ознаками (не повний перелік параметрів, а частковий):
1. За категорією застосування: А та В.
А - автоматичні вимикачі неселективні (спрацьовування при струмах КЗ відбувається без витримки часу);
В — автоматичні вимикачі селективні (за умов короткого замикання забезпечується короткочасна задана витримка часу).
Селективність:
Селективність надтоками, це коли при послідовному з'єднанні двох автоматичних вимикачів, призначених для протекції від КЗ, автомат з боку навантаження роз'єднує контакти без спрацьовування другого автомата.
Сенс селективності:
Селективність мають вимикачі на номінальні струми від 1000А, їх встановлюють перед промисловим комплексом, вони захищають все далі розгалужувані ланцюги і споживачів енергії. Припустимо, що в одній з гілок ланцюга сталося коротке замикання, при автоматичному спрацьовуванні вимикача на 1000А і вище, повністю відрубається весь об'єкт. Щоб цього не допустити, цей автомат наділяють селективністю, тобто задають певний проміжок часу, через який (про всяк випадок) він спрацює. А за цей час спрацьовує автоматичний вимикач з меншим амперажем, який відключить конкретну гілку, замиканням, що виникло. У такому разі промисловий об'єкт функціонує без однієї гілки, вимикач із селективністю не спрацьовує.
2. За родом струму: на постійний струм; на змінний струм; на змінний та постійні струми.
Приклад автоматичного вимикача змінного струму: автомат АЕ 2056.
Приклад автоматичного вимикача на змінний та постійний струми: автомат ВА 0436.
Ряд (лінійка) номінальних струмів для автоматичних вимикачів низьковольтних (Цифри - ампераж вимикача):
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; 2000; 2500А; 4000А; 5000А; 6300А
Вимикачі до 63А можуть встановлюватися у квартирних щитках, поверхових щитах.
Наступний ланцюжок амперажів (80 - 800 ампер) характерна для вимикачів, що застосовуються в промисловості у вступно-розподільчих пристроях.
Далі йдуть амперажі автоматичних вимикачів (понад 1000А), які встановлюють перед великими промисловими об'єктами, вони найчастіше мають селективність (вступні автоматичні вимикачі).
3. Середовище у якій відбувається відключення: повітряні, вакуумні, газові.
Повітряними є всі автоматичні вимикачі серії ВА
4. За кількістю полюсів: однополюсні, двополюсні, триполюсні та чотириполюсні.
5. За наявності струмообмеження: струмообмежувальні та нетокообмежуючі.
Струмообмежуючі автоматичні вимикачі (вони ж неселективні) бувають:
- швидкодіючими (час спрацьовування не перевищує 0,005 с);
- Нормальними (часом відключення в діапазоні від 0,02 до 0,1 с).
Необмежувальні автоматичні вимикачі (вони ж селективні) дозволяють регулювати час до розчеплення контактів (не більше 1 секунди).
6. За видами розчіплювачів: з максимальним розчіплювачем струму (МРТ), з незалежним розчіплювачем (НР), з мінімальним розчіпувачем напруги (МРН) та з нульовим розчепювачем напруги (НРН).
7. На вигляд приводу: з ручним приводом, з руховим (електромагнітним) приводом, з пружинним приводом.
8. За способом монтажу: стаціонарні, висувні, втичні.
9. За ступенем захисту від води (волога, зважений водяний пил) та твердих предметів (інструмент, пальці, щупи, цвяхи тощо), що забезпечує оболонка (корпус автоматичного вимикача) за ГОСТ 14254-96.
Пристрій (принцип дії) автоматичного вимикача
Автоматичний вимикач збирається з кількох вузлів: корпус автомата, комутуючий пристрій, механізм керування, дугогасні камери, максимальні розчіплювачі струму та додаткові складальні одиниці (незалежний розчіплювач, допоміжні контакти, розчіпувач мінімальної напруги, розчіплювач нульової напруги).
Корпус автомата виконаний з діелектричного матеріалу та гарантує заданий ступінь захисту від атмосферних впливів та попадання на струмопровідні або механічні частини твердих сторонніх тіл.
Комутуючий пристрій складають рухомі та нерухомі контакти, які входять у зчеплення (функціонування вимикача) та розчіплюються (автоматичне або ручне відключення). Полюс автоматичного вимикача складає пару контактів, кількість полюсів може змінюватись від одного до чотирьох, у кожному полюсі монтується дугогасна камера.
Наразі, найчастіше, контакти у місці зчеплення виготовляються із металокераміки на основі срібла. Застосування срібла викликане його високою електропровідністю та відсутністю окислення у нормальних умовах.
Механізм управління - ручний привід незалежної дії, який гарантує моментальне замикання та розмикання головних контактів. Керуючим елементом є ручка або кнопка.
Договірна камера повинна забезпечити гасіння дуги при різних режимах мережі.
В автоматичних вимикачах застосовується два типи дугогасних пристроїв: напівзакритий та відкритий.
У напівзакритому виконанні автомат закривається кожухом, в якому виробляються щілини для виходу гарячих газів. Зона викиду іонізованих газів досягає довжини всього кілька сантиметрів від вихідних отворів. Таке рішення застосовується для низьковольтної апаратури, яка монтується з іншими пристроями, у розподільчих щитах, автоматичних вимикачів з ручним приводом.
При струмах 100 кА і вище використовуються камери відкритого типу з великою зоною викиду.
В автоматичних вимикачах широко використовується деіонні дугогасні грати, що складається з металевих пластин. У ланцюгах змінного струму напругою до 690 подібні пристрої здатні гасити дугу зі струмом до 50 кА. У ланцюгах на постійному струмі з напругою до 440 дугогасних камер зі сталевих пластин успішно гасять дугу зі струмом до 55 кА. Гасіння дуги відбувається досить спокійно з мінімальним викидом розігрітих іонізованих газів.
Максимальні розчіплювачі струму (МРТ). В автоматичному вимикачі часто використовують комбінований розчіплювач – електромагнітний (миттєвий) та тепловий розчіплювачі.
Принцип дії електромагнітного розчіплювача полягає в тому, що на котушку з обмоткою з мідного дроту подається струм навантаження. При нормальному режимі роботи струм не викликає переміщення осердя; але при струмах короткого замикання, що мають високі значення, сердечник втягується або виштовхується з котушки і впливає на механізм, що відключає.
Тепловий розчіплювач це біметалічна пластина, яка виконується з двох спресованих металів з різними лінійними розширеннями. При пропущенні струму через пластину вона нагрівається та згинається. При виникненні перевантаження (струми, що перевищують номінал в 1,1 рази і вище), пластина досить розігрівається і діє механізм розчеплення. Процес нагрівання може тривати від кількох хвилин до години - час, через який відбувається розмикання контактів.
Виробники (заводи-виробники) автоматичних вимикачів
Декілька прикладів:
- "Курський електроапаратний завод" ТМ "КЕАЗ" (Курськ, Росія);
- компанія «IEK» (ІнтерЕнергоКомплект у минулому);
- електротехнічна компанія "EKF electrotechnica";
- Ульянівський завод низьковольтної апаратури «Контактор»,
- «Дивногірський завод низьковольтних автоматів» (ТМ «ДЗНВА»),
- міжнародна корпорація "General Electric" (Дженерал Електрик, підрозділ GE Consumer & Industrial Power Protection).
Для вибору автомата за потужністю навантаження необхідно розрахувати струм навантаження, і підібрати номінал автоматичного вимикача більше рівному отриманому значенню. Значення струму, виражене в амперах однофазної мережі 220 У., зазвичай перевищує значення потужності навантаження, виражене в кіловатах в 5 разів, тобто. якщо потужність електроприймача (пральної машини, лампочки, холодильника) дорівнює 1,2 кВт., то струм, який протікатиме у дроті чи кабелі дорівнює 6,0 А(1,2 кВт*5=6,0 А). У розрахунку на 380 Ст, у трифазних мережах, все аналогічно, тільки величина струму перевищує потужність навантаження у 2 рази.
коефіцієнт потужності
це безрозмірна фізична величина, що характеризує споживача змінного електричного струму з погляду наявності у навантаженні реактивної складової. Коефіцієнт потужності показує, наскільки зсувається по фазі змінний струм, що протікає через навантаження, щодо прикладеного до неї напруги.
Чисельно коефіцієнт потужності дорівнює косинус цього фазового зсуву або cos φ
Косинус фі візьмемо з таблиці 6.12 нормативного документа СП 31-110-2003 «Проектування та монтаж електроустановок житлових та громадських будівель»
Таблиця 1. Значення Cos в залежності від типу електроприймача
Приймемо наш електроприймач потужністю 1,2 кВт. як побутовий однофазний холодильник на 220В, cos приймемо з таблиці 0,75 як двигун від 1 до 4 кВт.
Розрахуємо струм I = 1200 Вт/220В * 0,75 = 4,09 А.
Тепер найправильніший спосіб визначення струму електроприймача- Взяти величину струму з шильдика, паспорта або інструкції з експлуатації. Шильдик із характеристиками є майже на всіх електроприладах.
Автоматичні вимикачі EKF
Загальний струм лінії (наприклад розеткової мережі) визначається підсумовуванням струму всіх електроприймачів. За розрахованим струмом вибираємо найближчий номінал автоматичного автомата у більшу сторону. У прикладі для струму 4,09А це буде автомат на 6А.
Дуже важливо відзначити, що вибирати автоматичний вимикач лише за потужністю навантаження є грубим порушенням вимог пожежної безпеки і може призвести до займання ізоляції кабелю або дроту та як наслідок виникнення пожежі. Необхідно при виборі враховувати ще й перетин дроту чи кабелю.
За потужністю навантаження правильно вибирати перетин провідника. Вимоги на вибір викладено в основному нормативному документі для електриків під назвою ПУЕ (Правила Пристрої Електроустановок), а точніше в розділі 1.3. У нашому випадку, для домашньої електромережі достатньо розрахувати струм навантаження, як зазначено вище, і в таблиці нижче вибрати перетин провідника, за умови що отримане значення нижче тривало допустимого струму відповідного його перерізу.
Вибір автомата по перерізу кабелю
Розглянемо проблему вибору автоматичних вимикачів для домашньої електропроводки докладніше з урахуванням вимог пожежної безпеки. Необхідні вимоги викладені главі 3.1 «Захист електричних мереж до 1 кВ», оскільки напруга мережі у приватних будинках, квартирах, дачах дорівнює 220 або 380В.
Розрахунок перерізу жил кабелю та дроту Напруга 220В.
– однофазна мережа використовується в основному для розеток та освітлення.
380В. – це в основному мережі розподільні – лінії електропередач, що проходять вулицями, від яких відгалуженням підключаються будинки.
Відповідно до вимог вищезгаданого розділу, внутрішні мережі житлових та громадських будівель мають бути захищені від струмів КЗ та перевантаження. Для виконання цих вимог були винайдені апарати захисту під назвою автоматичні вимикачі(автомати).
Автоматичний вимикач "автомат"
це механічний комутаційний апарат, здатний включати, проводити струми при нормальному стані ланцюга, а також включати, проводити протягом заданого часу і автоматично відключати струми в зазначеному аномальному стані ланцюга, таких як струми короткого замикання та перевантаження.
Коротке замикання (КЗ)
електричне з'єднання двох точок електричного ланцюга з різними значеннями потенціалу, не передбачене конструкцією пристрою та порушує його нормальну роботу. Коротке замикання може виникати внаслідок порушення ізоляції струмопровідних елементів або механічного зіткнення неізольованих елементів. Також, коротким замиканням називають стан, коли опір навантаження менший за внутрішній опір джерела живлення.
Струм перевантаження
- Захист від струмів КЗ і перегріву необхідний для пожежної безпеки, для запобігання загоряння проводів і кабелів, і як наслідок пожежі в будинку.
Довго допустимий струм кабелю або дроту
- Величина струму, що постійно протікає по провіднику, і не викликає надмірного нагріву.
Величина тривало допустимого струму для провідників різного перерізу і матеріалу представлена нижче.
Вибір автомата струму короткого замикання КЗ
Вибір автоматичного вимикача захисту від КЗ (короткого замикання) складає підставі розрахункового значення струму КЗ кінці лінії. Розрахунок щодо складний, величина залежить від потужності трансформаторної підстанції, перерізі провідника та довжини провідника тощо.
З досвіду проведення розрахунків та проектування електричних мереж найбільш впливовим параметром є довжина лінії, у нашому випадку довжина кабелю від щитка до розетки або люстри.
Т.к. в квартирах і приватних будинках ця довжина мінімальна, то такими розрахунками зазвичай нехтують і вибирають автоматичні вимикачі з характеристикою "C", можна звичайно використовувати "В", але тільки для освітлення всередині квартири або будинку, т.к. такі малопотужні світильники не викликають високого значення пускового струму, а вже в мережі для кухонної техніки, що має електродвигуни, використання автоматів з характеристикою не рекомендується, т.к. можливе спрацювання автомата при включенні холодильника або блендера через скачування пускового струму.
Вибір автомата за тривало допустимим струмом (ДДТ) провідника
Вибір автоматичного вимикача для захисту від перевантаження або від перегріву провідника здійснюється на підставі величини ДДТ для ділянки проводу або кабелю, що захищається. Номінал автомата повинен бути меншим або дорівнює величині ДДТ провідника, зазначеного в таблиці вище. Цим забезпечується автоматичне відключення автомата під час перевищення ДДТ у мережі, тобто. частина проводки від автомата до останнього електроприймача захищена від перегріву, і як наслідок виникнення пожежі.
Приклад вибору автоматичного вимикача
Маємо групу від щитка до якої планується підключити посудомийну машину -1,6 кВт, кавоварку – 0,6 кВт та електрочайник – 2,0 кВт.
Вважаємо загальне навантаження та обчислюємо струм.
Навантаження = 0,6 +1,6 +2,0 = 4,2 кВт. Струм = 4,2 * 5 = 21А.
Дивимося таблицю вище, під розрахований нами струм підходять всі перерізи провідників крім 1,5 мм2 для міді і 1,5 і 2,5 по алюмінію.
Вибираємо мідний кабель із жилами перетином 2,5 мм2, т.к. купувати кабель більшого перерізу по міді немає сенсу, а алюмінієві провідники не рекомендуються до застосування, а може й заборонені.
Дивимося шкалу номіналів автоматів, що випускаються - 0.5; 1.6; 2.5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63.
Автоматичний вимикач для нашої мережі підійде на 25А, тому що на 16А не підходить тому що розрахований струм (21А) перевищує номінал автомата 16А, що викличе його спрацювання, при включенні всіх трьох електроприймачів відразу. Автомат на 32А не підійде тому, що перевищує ДДТ обраного нами кабелю 25А., що може викликати перегрів провідника і як наслідок пожежа.
Зведена таблиця для вибору автоматичного вимикача однофазної мережі 220 В.
| Номінальний струм автоматичного вимикача А. | Потужність, кВт. | Струм,1 фаза, 220В. | Перетин жил кабелю, 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 |
Зведена таблиця для вибору автоматичного вимикача трифазної мережі 380 У.
| Номінальний струм автоматичного вимикача, А. | Потужність, кВт. | Струм, 1 фаза 220В. | Перетин жив кабелю, 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* |
* - здвоєний кабель, два кабелі з'єднаних паралельно, наприклад 2 кабелі ВВГнг 5х120
Підсумки
При виборі автомата необхідно враховувати як потужність навантаження, а й перетин і матеріал провідника.
Для мереж з невеликими ділянками, що захищаються від струмів КЗ, можна застосовувати автоматичні вимикачі з характеристикою «С»
Номінал автомата повинен бути меншим або дорівнює тривало допустимому струму провідника.
