Электрические автоматы. Виды и работа. Характеристики. Какие бывают виды и типы автоматических выключателей в электрических сетях Какой вид имеют защитные характеристики автоматов
Собирая электрощиток или подключая новую крупную бытовую технику, домашний мастер обязательно столкнется с такой проблемой как необходимость подбора автоматических выключателей. Они обеспечивают электро и пожарную безопасность, потому правильный выбор автомата — залог безопасности вас, семьи и имущества.
Для чего служит автомат
В цепи электропитания автомат ставят для предупреждения перегрева проводки. Любая проводка рассчитана на прохождение какого-то определенного тока. Если пропускаемый ток превышает это значение, проводник начинает слишком сильно греться. Если такая ситуация сохраняется достаточный промежуток времени, начинает плавиться проводка, что приводит к короткому замыканию. Автомат защиты ставят чтобы предотвратить эту ситуацию.
Вторая задача автомата защиты — при возникновении тока короткого замыкания (КЗ) отключить питание. При замыкании токи в цепи возрастают многократно и могут достигать тысяч ампер. Чтобы они не разрушили проводку и не повредили аппаратуру, включенную в линию, автомат защиты должен отключить питание как можно быстрее — как только ток превысит определенный предел.
Чтобы защитный автоматический выключатель исправно выполнял свои функции, необходимо правильно сделать выбор автомата по всем параметрам. Их не так много — всего три, но с каждой надо разбираться.
Какие бывают автоматы защиты
Для защиты проводников однофазной сети 220 В есть отключающие устройства однополюсные и двухполюсные. К однополюсным подключается только один проводник — фазный, к двухполюсным и фаза и ноль. Однополюсные автоматы ставят на цепи 220 В внутреннего освещения, на розеточные группы в помещениях с нормальными условиями эксплуатации. Их также ставят на некоторые виды нагрузки в трехфазных сетях, подключая одну из фаз.
Для трехфазных сетей (380 В) есть трех и четырех полюсные. Вот эти автоматы защиты (правильное название автоматический выключатель) ставят на трехфазную нагрузку (духовки, варочные панели и другое оборудование которое работает от сети 380 В).
В помещениях с повышенной влажностью (ванная комната, баня, бассейн и т.д.) ставят двухполюсные автоматические выключатели. Их также рекомендуют устанавливать на мощную технику — на стиральные и посудомоечные машины, бойлеры, духовые шкафы и т.д.
Просто в аварийных ситуациях — при коротком замыкании или пробое изоляции — на нулевой провод может попасть фазное напряжение. Если на линии питания установлен однополюсный аппарат, он отключит фазный провод, а ноль с опасным напряжением так и останется подключенным. А значит, остается вероятность поражения током при прикосновении. То есть, выбор автомата прост — на часть линий ставятся однополюсные выключатели, на часть — двухполюсные. Конкретное количество зависит от состояния сети.
Для трехфазной сети существуют трехполюсные автоматические выключатели. Такой автомат ставится на входе и на потребителях, к которым подводятся все три фазы — электроплита, трехфазная варочная панель, духовой шкаф и т.д. На остальных потребителей ставят двухполюсные автоматы защиты. Они в обязательном порядке должны отключать и фазу и нейтраль.
Пример разводки трехфазной сети — типы автоматов защиты
Выбор номинала автомата защиты от количества подключаемых к нему проводов не зависит.
Определяемся с номиналом
Собственно, из функций защитного автомата и следует правило определения номинала автомата защиты: он должен срабатывать до того момента, когда ток превысит возможности проводки. А это значит, что токовый номинал автомата должен быть меньше чем максимальный ток, который выдерживает проводка.
Исходя из этого, алгоритм выбора автомата защиты прост:
- для конкретного участка.
- Смотрите, какой максимальный ток выдерживает данный кабель (есть в таблице).
- Далее из всех номиналов защитных автоматов выбираем ближайший меньший. Номиналы автоматов привязаны к допустимым длительным токам нагрузки для конкретного кабеля — они имеют немного меньший номинал (есть в таблице). Выглядит перечень номиналов следующим образом: 16 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А. Вот из этого списка и выбираете подходящий. Есть номиналы и меньше, но они уже практически не используются — слишком много электроприборов у нас появилось и имеют они немалую мощность.
Пример
Алгоритм очень прост, но работает безошибочно. Чтобы было понятнее, давайте разберем на примере. Ниже приведена таблица в которой указаны максимально допустимый ток для проводников, которые используют при . Там же даны рекомендации относительно использования автоматов. Они даны в колонке «Номинальный ток автомата защиты». Именно там ищем номиналы — он немного меньше предельно допустимого, чтобы проводка работала в нормальном режиме.
| Сечение жил медных проводов | Допустимый длительный ток нагрузки | Максимальная мощность нагрузки для однофазной сети 220 В | Номинальный ток защитного автомата | Предельный ток защитного автомата | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1,5 кв. мм | 19 А | 4,1 кВт | 10 А | 16 А | освещение и сигнализация |
| 2,5 кв. мм | 27 А | 5,9 кВт | 16 А | 25 А | розеточные группы и электрический теплый пол |
| 4 кв.мм | 38 А | 8,3 кВт | 25 А | 32 А | кондиционеры и водонагреватели |
| 6 кв.мм | 46 А | 10,1 кВт | 32 А | 40 А | электрические плиты и духовые шкафы |
| 10 кв. мм | 70 А | 15,4 кВт | 50 А | 63 А | вводные линии |
В таблице находим выбранное сечение провода для данной линии. Пусть нам необходимо проложить кабель сечением 2,5 мм 2 (наиболее распространенный при прокладке к приборам средней мощности). Проводник с таким сечением может выдержать ток в 27 А, а рекомендуемый номинал автомата — 16 А.
Как будет тогда работать цепь? До тех пор, пока ток не превышает 25 А автомат не отключается, все работает в штатном режиме — проводник греется, но не до критических величин. Когда ток нагрузки начинает возрастать и превышает 25 А, автомат еще некоторое время не отключается — возможно это стартовые токи и они кратковременны. Отключается он если достаточно длительное время ток превысит 25 А на 13%. В данном случае — если он достигнет 28,25 А. Тогда электропакетник сработает, обесточит ветку, так как это ток уже представляет угрозу для проводника и его изоляции.
Расчет по мощности
Можно ли выбрать автомат по мощности нагрузки? Если к линии электропитания будет подключено только одно устройство (обычно это крупная бытовая техника с большой потребляемой мощностью), то допустимо сделать расчет по мощности этого оборудования. Так же по мощности можно выбрать вводный автомат, который устанавливается на входе в дом или в квартиру.
Если ищем номинал вводного автомата, необходимо сложить мощности всех приборов, которые будут подключены к домовой сети. Затем найденная суммарная мощность подставляется в формулу, находится рабочий ток для этой нагрузки.
После того, как нашли ток, выбираем номинал. Он может быть или чуть больше или чуть меньше найденного значения. Главное, чтобы его ток отключения не превышал предельно допустимый ток для данной проводки.
Когда можно пользоваться данным методом? Если проводка заложена с большим запасом (это неплохо, кстати). Тогда в целях экономии можно установить автоматически выключатели соответствующие нагрузке, а не сечению проводников. Но еще раз обращаем внимание, что длительно допустимый ток для нагрузки должен быть больше предельного тока защитного автомата. Только тогда выбор автомата защиты будет правильным.
Выбираем отключающую способность
Выше описан выбор пакетника по максимально допустимому току нагрузки. Но автомат защиты сети также должен отключаться при возникновении с сети КЗ (короткого замыкания). Эту характеристику называют отключающей способностью. Она отображается в тысячах ампер — именного такого порядка могут достигать токи при коротком замыкании. Выбор автомата по отключающей способности не очень сложен.
Эта характеристика показывает, при каком максимальном значении тока КЗ автомат сохраняет свою работоспособность, то есть, он сможет не только отключится, но и будет работать после повторного включения. Эта характеристика зависит от многих факторов и для точного подбора необходимо определять токи КЗ. Но для проводки в доме или квартире такие расчеты делают очень редко, а ориентируются на удаленность от трансформаторной подстанции.
Если подстанция находится недалеко от ввода в ваш дом/квартиру, берут автомат с отключающей способностью 10 000 А, для всех остальных городских квартир достаточно 6 000 А. Если же дом находится в сельской местности иди вы выбираете автомат защиты электросети для дачи, вполне может хватить и отключающей способности в 4 500 А. Сети тут обычно старые и токи КЗ большими не бывают. А так как с возрастанием отключающей способности цена возрастает значительно, можно применить принцип разумной экономии.
Можно ли в городских квартирах ставить пакетики с более низкой отключающей способностью. В принципе, можно, но никто не гарантирует, что после первого же КЗ вам не придется его менять. Он может успеть отключить сеть, но окажется при этом неработоспособным. В худшем варианте контакты расплавятся и отключиться автомат не успеет. Тогда проводка расплавится и может возникнуть пожар.
Тип электромагнитного расцепителя
Автомат должен срабатывать при повышении тока выше определенной отметки. Но в сети периодически возникают кратковременные перегрузки. Обычно они связаны с пусковыми токами. Например, такие перегрузки могут наблюдаться при включении компрессора холодильника, мотора стиральной машины и т.д. Автоматический выключатель при таких временных и краткосрочных перегрузках отключаться не должен, потому у них есть определенная задержка на срабатывание.
Но если ток возрос не из-за перегрузки а из-за КЗ, то за время, которое «выжидает» автоматический выключатель, контакты его расплавятся. Вот для этого и существует электромагнитный автоматический расцепитель. Он срабатывает при определенной величине тока, которая уже не может быть перегрузкой. Этот показатель называют еще током отсечки, так как в этом случае автоматический выключатель отсекает линию от электропитания. Величина тока срабатывания может быть разной и отображается буквами, которые стоят перед цифрами, обозначающими номинал автомата.
Есть три самых ходовых типа:
С какой же характеристикой выбрать пакетник? В данном случае выбор автомата защиты также основывается на отдаленности вашего домовладения от подстанции и состояния электросетей выбор автомата защиты проводят ползуясь простыми правилами:
- С буквой «B» на корпусе подходят для дач, домов селах и поселках, которые получают электропитание через воздушки. Также их можно ставить в квартиры старых домов, в которых реконструкция внутридомовой электросети не производилась. Эти защитные автоматы далеко не всегда есть в продаже, стоят немного дороже категории С, но могут доставляться под заказ.
- Пакетники с «C» на корпусе — это наиболее широко распространенный вариант. Они ставятся в сетях с нормальным состоянием, подходят для квартир в новостройках или после капремонта, в частных домах недалеко от подстанции.
- Класс D ставят на предприятиях, в мастерских с оборудованием, имеющим высокие пусковые токи.
То есть по сути выбор автомата защиты в этом случае прост — для большинства случаев подходит тип C. Он и есть в магазинах в большом ассортименте.
Каким производителям стоит доверять
И напоследок уделим внимание производителям. Выбор автомата нельзя считать завершенным, если вы не подумали о том, какой фирмы автоматические выключатели вы будете покупать. Точно не стоит брать неизвестные фирмы — электрика не та область, где можно ставить эксперименты. Подробно о выборе производителя в видео.
Автоматы электрические выполняют функцию защиты проводки от перегрузок, замыканий, аварий, которые могут возникнуть при скачках напряжения. Чтобы не случилась чрезвычайная ситуация, необходимо в квартирах, частных домах, гаражах, дачах и хозяйственных постройках устанавливать электрические автоматические выключатели. Когда случаются перегрузки или скачки, то прибор реагирует и работает неодинаково. В той или иной ситуации происходит срабатывание отдельных частей устройства, в то время как другие части продолжают работать, обеспечивая безопасность жилища.
Принцип работы защитного автомата
Выключатель имеет компактные, небольшие размеры, устройство помещено в пластмассу из термостойких материалов. На одной стороне -лицевой - установлена рукоятка, позволяющая включать и выключать прибор, на другой - сзади - фиксатор-защелка, который крепится на специальную DIN-рейку. Снизу и сверху расположены винтовые клеммы.
Принцип работы выключателей зависит от состояния сети и протекания тока по проводке. Когда прибор электрического выключателя находится в нормальном режиме, то через автомат проходит ток, показатели которого могут быть равны или меньше установленного номинального значения. Напряжение от внешней сети идет на верхнюю клемму с неподвижным контактом. Отсюда ток поступает на замкнутый подвижный контакт, а далее переходит на катушку соленоида, которая является гибким медным проводником. Уже отсюда ток идет на тепловой расцепитель, с которого поступает на нижнюю клемму. Именно она подключена к сети.
Таблица номиналов автоматов по току
Штатный ток, который проходит по проводке, может быть больше или меньше установленных значений. На их основании составлена классификация времятоковых характеристик для расцепителей в устройствах. Каждый вид в государственном стандарте отмечен латинской буквой, а допустимое превышение следует искать по формуле коэффициента - k=I/In.
В таблице 1 указаны нормы каждого типа времятоковых показателей.
Таблица 1
Статья по теме: Почему не стоит покупать светодиодные лампы в Китае: 7 причин
В таблице 2 приведены времятоковые характеристики приборов автоматического выключения тока.
Таблица 2
| Тип | Характеристика | Виды цепей |
| А | Защита на отрезке АВ активируется, когда коэффициент будет равен 1,3. Отключение тока происходит в течение 60 мин. Если ток будет и дальше увеличиваться, то время отключения сокращается ровно в два раза. Электромагнитная защита со скоростью 0,05 сек. сработает, если номинал превысит в 2 раза. | Не подвержены кратковременным перегрузкам, применяются в промышленных масштабах, а не быту. |
| В | Штатный номинал может быть превышен в 3-5 раз. Активация соленоида происходит, если перегрузка возрастет в 5 раз. Тогда обесточивание произойдет в течение 0,015 сек. Термоэлемент отключится в течение 4 сек. уже при троекратном превышении. | Характерны для цепей без высоких пусковых токов. |
| С | Перегрузка происходит чаще, чем при других видах, допустимые показатели выше нормы - в 5 раз. Как только произойдет превышение штатного режима, автоматически отключиться термоэлемент. | В бытовых сетях, где часто присутствует нагрузка разного типа. |
| D | Превышение штатной нормы происходит в 10 раз, после чего отключается термоэлемент, и в 20 раз - для соленоида. | Используется для того, чтобы защитить пусковые устройства, по которым проходит высокий ток. |
| К | Отключение соленоида произойдет, если ток превысит показатели в 8 раз. | Такие приборы надо ставить на цепи, имеющие индуктивную нагрузку. |
| Z | Характерно небольшое превышение - от 2 до 4 раз. | Используется, чтобы подключать электронные приборы. |
| MA | Термоэлемент не применяется, чтобы отключить нагрузку. | Устанавливается на устройствах с электрическими двигателями. |
Подбор автоматического выключателя по мощности
Одним из главных показателей, по которому осуществляется выбор автоматического выключателя, является мощность нагрузки. Это позволяет рассчитать нужное значение тока для устройства, его защиты от перепадов напряжения. Расчет проводится по номинальному току, поэтому рекомендуется выбирать по мощности отдельных участков. Во внимание стоит принимать меньшие или номинальные показатели расчетных токов. Допустимый ток электропроводки будет больше, чем номинальная мощность выключателя.
Необходимо учитывать и такой показатель, как времятоковая характеристика устройства. Основным параметром для определения номинального показателя мощности является сечение провода. Допустимое значение тока, которое указывается на автоматическом выключателе, должно быть немного меньше, чем максимальный ток для сечения провода. Выбирают устройство по наименьшему сечению провода, который проложен в проводке.
Статья по теме: Делаем украшения из тыквы для сада, дачи и дома своими руками (38 фото)
Чем опасно несоответствие кабеля сетевой нагрузке
Если автомат не будет соответствовать сетевой мощности и нагрузке, тогда он не будет защищать проводку от того, что сила тока и напряжение резко возрастет или упадет.
Сечение кабеля для сетевой нагрузки должно точно соответствовать мощности аппарата. Если мощность по разным участкам будет по сумме больше, чем номинальная величина, то станет увеличиваться температура. Из-за этого может произойти плавление изоляционного слоя кабеля. В результате чего начнется возгорание электрической проводки. Также, если сечение кабеля не будет отвечать нагрузке, то будут наблюдаться следующие явления:
- Задымление.
- Запах горелой изоляции.
- Возникает пламя.
- Выключатель не будет отключаться от сети, поскольку номинальные показатели тока по проводке не будут превышать допустимые нормы.
Процесс плавления изоляционного слоя через время спровоцирует короткое замыкание. Далее произойдет отключение автоматического выключателя, огонь способен в это время охватить весь дом.
Защита слабого звена электроцепи
Правила устройства электроустановок гласят, что выключатель для электрической сети обязан максимально защитить самый слабый участок или же содержать такой номинал тока, который будет полностью соответствовать параметру установок, которые включены в сеть. Чтобы подключить провода к сети, необходимо, чтобы их поперечные сечения имели суммарную мощность всех подключенных аппаратов.
Соблюдение подобных правил способно защитить квартиру или дом от возникновения аварии из-за слабого участка электропроводки. Игнорировать описанные требования нельзя, поскольку владелец жилья способен потерять не только прибор автоматического выключения тока, но и квартиру.
Как рассчитать номинал автоматического выключателя
- I - показатель/величина номинального тока.
- Р - суммарная мощность всех установок, которые включены в цепь. В расчет берутся лампочки и другие устройства, потребляющие электричество.
- U - напряжение тока в сети.
Для расчета номинала можно использовать таблицу 3:
| Вид подключения | Однофазное в киловаттах | Трехфазное (треугольник) в киловаттах | Трехфазное (звезда) в киловаттах |
| U, B
Автоматическое, в амперах |
220 | 380 | 220 |
| 1 Ампер | 0,2 | 1,1 | 0,7 |
| 2 | 0,4 | 2,3 | 1,3 |
| 3 | 0,7 | 3,4 | 2 |
| 6 | 1,3 | 6,8 | 4 |
| 10 | 2,2 | 11,4 | 6,6 |
| 16 | 3,5 | 18,2 | 10,6 |
| 20 | 4,4 | 22,8 | 13,2 |
| 25 | 5,5 | 28,5 | 16,5 |
| 32 | 7,0 | 36,5 | 21,1 |
| 40 | 8,8 | 45,6 | 26,4 |
| 50 | 11 | 57 | 33 |
| 63 | 13,9 | 71,8 | 41,6 |
Автоматическими выключателями называются приборы, отвечающие за защиту электроцепи от повреждений, связанных с воздействием на нее тока большой величины. Слишком сильный поток электронов способен вывести из строя бытовую технику, а также вызвать перегрев кабеля с последующим оплавлением и возгоранием изоляции. Если вовремя не обесточить линию, это может привести к пожару, Поэтому, в соответствии с требованиями ПУЭ (Правила устройства электроустановок), эксплуатация сети, в которой не установлены электрические автоматы защиты, запрещена. АВ обладают несколькими параметрами, один из которых – время токовая характеристика автоматического защитного выключателя. В этой статье мы расскажем, чем различаются автоматические выключатели категории A, B, C, D и для защиты каких сетей они используются.
Особенности работы автоматов защиты сети
К какому бы классу ни относился автоматический выключатель, его главная задача всегда одна – быстро определить появление чрезмерного тока, и обесточить сеть раньше, чем будет поврежден кабель и подключенные к линии устройства.
Токи, которые могут представлять опасность для сети, подразделяются на два вида:
- Токи перегрузки. Их появление чаще всего происходит из-за включения в сеть приборов, суммарная мощность которых превышает ту, что линия способна выдержать. Другая причина перегрузки – неисправность одного или нескольких устройств.
- Сверхтоки, вызванные КЗ. Короткое замыкание происходит при соединении между собой фазного и нейтрального проводников. В нормальном состоянии они подключены к нагрузке по отдельности.
Устройство и принцип работы автоматического выключателя – на видео:
Токи перегрузки
Величина их чаще всего незначительно превышает номинал автомата, поэтому прохождение такого электротока по цепи, если оно не затянулось слишком надолго, не вызывает повреждения линии. В связи с этим мгновенного обесточивания в таком случае не требуется, к тому же нередко величина потока электронов быстро приходит в норму. Каждый АВ рассчитан на определенное превышение силы электротока, при котором он срабатывает.
Время срабатывания защитного автоматического выключателя зависит от величины перегрузки: при небольшом превышении нормы оно может занять час и более, а при значительном – несколько секунд.
За отключение питания под воздействием мощной нагрузки отвечает тепловой расцепитель, основой которого является биметаллическая пластина.
Этот элемент нагревается под воздействием мощного тока, становится пластичным, изгибается и вызывает срабатывание автомата.
Токи короткого замыкания
Поток электронов, вызванный КЗ, значительно превосходит номинал устройства защиты, в результате чего последнее немедленно срабатывает, отключая питание. За обнаружение КЗ и немедленную реакцию аппарата отвечает электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником. Последний под воздействием сверхтока мгновенно воздействует на отключатель, вызывая его срабатывание. Этот процесс занимает доли секунды.
Однако существует один нюанс. Иногда ток перегрузки может также быть очень большим, но при этом не вызванным КЗ. Как же аппарат должен определить различие между ними?
На видео про селективность автоматических выключателей:
Здесь мы плавно переходим к основному вопросу, которому посвящен наш материал. Существует, как мы уже говорили, несколько классов АВ, различающихся по времятоковой характеристике. Наиболее распространенными из них, которые применяются в бытовых электросетях, являются устройства классов B, C и D. Автоматические выключатели, относящиеся к категории A, встречаются значительно реже. Они наиболее чувствительны и используются для защиты высокоточных аппаратов.
Между собой эти устройства различаются по току мгновенного расцепления. Его величина определяется кратностью тока, проходящего по цепи, к номиналу автомата.
Характеристики срабатывания защитных автоматических выключателей
Класс АВ, определяющийся этим параметром, обозначается латинским литером и проставляется на корпусной части автомата перед цифрой, соответствующей номинальному току.
В соответствии с классификацией, установленной ПУЭ, защитные автоматы подразделяются на несколько категорий.
Автоматы типа МА
Отличительная черта таких устройств – отсутствие в них теплового расцепителя. Аппараты этого класса устанавливают в цепях подключения электрических моторов и других мощных агрегатов.
Защиту от перегрузок в таких линиях обеспечивает реле максимального тока, автоматический выключатель только предохраняет сеть от повреждений в результате воздействия сверхтоков короткого замыкания.
Приборы класса А
Автоматы типа А, как было сказано, обладают самой высокой чувствительностью. Тепловой расцепитель в устройствах с времятоковой характеристикой А чаще всего срабатывает при превышении силой тока номинала АВ на 30%.
Катушка электромагнитного расцепления обесточивает сеть в течение примерно 0,05 сек, если электроток в цепи превышает номинальный на 100%. Если по какой-либо причине после увеличения силы потока электронов в два раза электромагнитный соленоид не сработал, биметаллический расцепитель отключает питание в течение 20 – 30 сек.
Автоматы, имеющие времятоковую характеристику А, включаются в линии, при работе которых недопустимы даже кратковременные перегрузки. К таковым относятся цепи с включенными в них полупроводниковыми элементами.
Защитные устройства класса B
Аппараты категории B обладают меньшей чувствительностью, чем относящиеся к типу A. Электромагнитный расцепитель в них срабатывает при превышении номинального тока на 200%, а время на срабатывание составляет 0,015 сек. Срабатывание биметаллической пластины в размыкателе с характеристикой B при аналогичном превышении номинала АВ занимает 4-5 сек.
Оборудование этого типа предназначено для установки в линиях, в которые включены розетки, приборы освещения и в других цепях, где пусковое повышение электротока отсутствует либо имеет минимальное значение.
Автоматы категории C
Устройства типа C наиболее распространены в бытовых сетях. Их перегрузочная способность еще выше, чем у ранее описанных. Для того, чтобы произошло срабатывание соленоида электромагнитного расцепления, установленного в таком приборе, нужно, чтобы проходящий через него поток электронов превысил номинальную величину в 5 раз. Срабатывание теплового расцепителя при пятикратном превышении номинала аппарата защиты происходит через 1,5 сек.
Установка автоматических выключателей с времятоковой характеристикой C, как мы и говорили, обычно производится в бытовых сетях. Они отлично справляются с ролью вводных устройств для защиты общей сети, в то время как для отдельных веток, к которым подключены группы розеток и осветительные приборы, хорошо подходят аппараты категории B.
Это позволит соблюсти селективность защитных автоматов (избирательность), и при КЗ в одной из веток не будет происходить обесточивания всего дома.
Автоматические выключатели категории Д
Эти устройства имеют наиболее высокую перегрузочную способность. Для срабатывания электромагнитной катушки, установленной в аппарате такого типа, нужно, чтобы номинал по электротоку защитного автомата был превышен как минимум в 10 раз.
Срабатывание теплового расцепителя в этом случае происходит через 0,4 сек.
Устройства с характеристикой D наиболее часто используются в общих сетях зданий и сооружений, где они играют подстраховочную роль. Их срабатывание происходит в том случае, если не произошло своевременного отключения электроэнергии автоматами защиты цепи в отдельных помещениях. Также их устанавливают в цепях с большой величиной пусковых токов, к которым подключены, например, электромоторы.
Защитные устройства категории K и Z
Автоматы этих типов распространены гораздо меньше, чем те, о которых было рассказано выше. Приборы типа K имеют большой разброс в величинах тока, необходимых для электромагнитного расцепления. Так, для цепи переменного тока этот показатель должен превышать номинальный в 12 раз, а для постоянного – в 18. Срабатывание электромагнитного соленоида происходит не более чем через 0,02 сек. Срабатывание теплового расцепителя в таком оборудовании может произойти при превышении величины номинального тока всего на 5%.
Этими особенностями обусловлено применение устройств типа K в цепях с исключительно индуктивной нагрузкой.
Приборы типа Z тоже имеют разные токи срабатывания соленоида электромагнитного расцепления, но разброс при этом не столь велик, как в АВ категории K. В цепях переменного тока для их отключения превышение токового номинала должно быть трехкратным, а в сетях постоянного – величина электротока должна быть в 4,5 раза больше номинальной.
Аппараты с характеристикой Z используются только в линиях, к которым подключены электронные устройства.
Заключение
В этой статье мы рассмотрели время токовые характеристики защитных автоматов, классификацию этих устройств в соответствии с ПУЭ, а также разобрались, в каких цепях устанавливаются приборы различных категорий. Полученная информация поможет вам определить, какое защитное оборудование следует использовать в сети, исходя из того, какие устройства к ней подключены.
Эта статья продолжает серию публикаций по электрическим аппаратам защиты — автоматическим выключателям, УЗО, дифавтоматам, в которых мы подробно разберем назначение, конструкцию и принцип их работы, а также рассмотрим их основные характеристики и детально разберем расчет и выбор электрических аппаратов защиты. Завершит этот цикл статей пошаговой алгоритм, в котором кратко, схематично и в логической последовательности будет рассмотрен полный алгоритм расчета и выбора автоматических выключателей и УЗО.
Чтобы не пропустить выход новых материалов по этой теме подписывайтесь на новостную рассылку, форма подписки внизу этой статьи.
Ну а в этой статье мы разберемся, что же такое автоматический выключатель, для чего предназначен, как он устроен и рассмотрим, как он работает.
Автоматический выключатель (или обычно просто «автомат») - это контактный коммутационный аппарат, который предназначен для включения и отключения (т.е. для коммутации) электрической цепи, защиты кабелей, проводов и потребителей (электрических приборов) от токов перегрузки и от токов короткого замыкания.
Т.е. автоматический выключатель выполняет три основный функции:
1) коммутацию цепи (позволяет включать и отключать конкретный участок электрической цепи);
2) обеспечивает защиту от токов перегрузки, отключая защищаемую цепь, когда в ней протекает ток, превышающий допустимый (например, при подключении в линию мощного прибора или приборов);
3) отключает от питающей сети защищаемую цепь, когда в ней возникают большие по значению токи короткого замыкания.
Таким образом, автоматы выполняют одновременно и функции защиты и функции управления .
По конструктивному исполнению выпускаются три основных типа автоматических выключателей:
— воздушные автоматические выключатели (применяются в промышленности в цепях с большими токами в тысячи ампер);
— автоматические выключатели в литом корпусе (рассчитаны на большой диапазон рабочих токов от 16 до 1000 Ампер);
— модульные автоматические выключатели , наиболее нам известные, к которым мы привыкли. Они широко применяются в быту, в наших домах и квартирах.
Модульными они называются потому, что их ширина стандартизирована и в зависимости от количества полюсов, кратна 17.5 мм, более подробно этот вопрос будет рассмотрен в отдельной статье.
Мы с вами, на страницах сайта , будем рассматривать именно модульные автоматические выключатели и устройства защитного отключения.
Устройство и принцип работы автоматического выключателя.
Тепловой расцепитель срабатывает не сразу, а через какое-то время, давая возможность току перегрузки вернуться к своему нормальному значению. Если же в течение этого времени ток не снижается, тепловой расцепитель срабатывает, защищая цепь потребителей от перегрева, оплавления изоляции и возможного возгорания проводки.
К перегрузке может приводить подключение в линию мощных приборов, превышающих расчетную мощность защищаемой цепи. Например, при включении в линию очень мощного нагревателя или электроплиты с духовкой (с мощностью, превышающей расчетную мощность линии), или одновременно несколько мощных потребителей (электроплита, кондиционер, стиральная машина, бойлер, электрочайник и т.п.), либо большого количества одновременно включенных приборов.
При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает, наводимое в катушке по закону электромагнитной индукции магнитное поле перемещает сердечник соленоида, который приводит в действие механизм расцепителя и размыкает силовые контакты автоматического выключателя (т.е. подвижный и неподвижный контакты). Линия размыкается, позволяя снять с аварийной цепи питание и защитить от возгорания и разрушения сам автомат, электропроводку и замкнувший электроприбор.
Электромагнитный расцепитель срабатывает практически мгновенно (около 0,02с), в отличие от теплового, но при значительно больших значениях тока (от 3-х и более значений номинального тока), поэтому электропроводка не успевает нагреться до температуры плавления изоляции.
При размыкании контактов цепи, когда в ней проходит электрический ток, возникает электрическая дуга, и чем больше ток в цепи — тем дуга мощнее. Электрическая дуга вызывает эррозию и разрушение контактов. Чтобы защитить контакты автоматического выключателя от ее разрушающего действия, дуга, возникающая в момент размыкания контактов, направляется в дугогасительную камеру (состоящую из параллельных пластин), где она дробится, затухает, охлаждается и исчезает. При горении дуги образуются газы, они отводятся наружу из корпуса автомата через специальное отверстие.
Автомат не рекомендуется использовать в качестве обычного выключателя цепи, особенно если его отключать при подключенной мощной нагрузке (т.е. при больших токах в цепи), поскольку это ускорит разрушение и эррозию контактов.
Итак, давайте резюмируем:
— автоматический выключатель позволяет коммутировать цепь (переводя рычаг управления вверх – автомат подключается к цепи; переводя рычаг вниз – автомат отключает питающую линию от цепи нагрузки);
— имеет встроенный тепловой расцепитель, который защищает линию нагрузки от токов перегрузки, он инерционен и срабатывает через некоторое время;
— имеет встроенный электромагнитный расцепитель, защищающий линию нагрузки от больших токов короткого замыкания и срабатывает почти мгновенно;
— содержит дугогасящую камеру, которая защищает силовые контакты от разрушительного действия электромагнитной дуги.
Конструкцию, назначение и принцип действия мы разобрали.
В следующей статье мы рассмотрим основные характеристики автоматического выключателя, которые необходимо знать при его выборе.
Смотрите Конструкция и принцип работы автоматического выключателя в видеоформате:
Полезные статьи
Разработка средств безопасности электросетей стала актуальной с момента их появления. Различные перегрузки приводили не только к повреждению кабелей, но и к возникновению пожаров.
На сегодняшний день наиболее популярными устройствами данного типа стали автоматические выключатели.
Они позволяют предотвратить такие события, как пожары, повреждение электропроводки. Поскольку они автоматические, то и срабатывание происходит без участия человека. Выбор правильного выключателя поможет обезопасить помещение от возникновения аварий.
Конструкция и принцип действия
Понимание механизма автоматического срабатывания выключателя поможет осуществить выбор правильной модели. Конструктивно автомат включает в себя следующие ключевые элементы:
- клеммы;
- тумблер;
- электромагнитный расцепитель;
- биметаллическая пластина.
В зависимости от вида перегрузки, срабатывает один из двух механизмов.
При возникновении перегрузка цепи током, превышающем номинал в разы, срабатывает биметаллическая пластина. Она нагревается в течение нескольких секунд, в результате чего происходит ее тепловое расширение. При достижении определенных размеров осуществляется ее существенный изгиб и цепь размыкается. Настройка параметров пластины осуществляется производителем. Для выключателей, применяемых в быту, время срабатывания занимает 5–20 с. На них, как правило, ставится маркировка литерами: B, C, D.
Режим короткого замыкания (КЗ) характеризуется лавинообразным возрастанием тока, превышающем не только номинал, но и его предельно допустимые нагрузки. Времени на нагрев пластины при скачке не остается, иначе проводка может оплавиться. Срабатывает в такой ситуации электромагнитный расцепитель. Магнитное поле приводит в движение сердечник, который осуществляет размыкание цепи. Мгновенное срабатывание позволяет обезопасить помещение от последствий КЗ.
Классификация
Электрические автоматы различаются по следующим ключевым характеристикам:
- число полюсов ;
- время токовая характеристика ;
- величина рабочего тока ;
- отключающая способность .
Число полюсов
Данная характеристика соответствует числу линий электропроводки, которые можно напрямую подключить к автомату. Все выходные провода будут отключены одновременно при срабатывании автомата.
Однополюсный автомат. Это самый простой вид устройств защиты цепи. К нему подключается всего 2 провода: один идет к нагрузке, второй является питанием. Ставится он на стандартную din планку размером 18 мм. Провод питания подводится сверху, а нагрузка к нижней клемме. Он может работать в линиях электропроводки с одной, двумя или тремя фазами. Помимо проводов питания и нагрузки у него есть нейтраль и заземление, которые подключению на соответствующие шины. На входе такие автоматы не ставят, поскольку размыкаться цепь будет только по фазной линии. Нулевая же проводка остается замкнутой и при сбоях на ней может остаться потенциал.
Двухполюсный автомат, его отличие от однополюсного. Этот тип автоматических выключателей позволяет полностью обесточить электропроводку помещения. Он позволяет синхронизировать момент выключения двух своих выходных линий. Последнее приводит к более высокому уровню безопасности при проведении электромонтажных работ. Его можно использовать как отдельный тумблер таких приборов, как водонагреватель или стиральная машина. Подключение выполняется посредством 4 кабелей: по паре на входе и выходе.
Логичен простой вопрос: возможно ли подключение двух однополюсных автоматов вместо одного двухполюсного? Разумеется, нет. Ведь при автоматическом срабатывании отключения у двухполюсника отключаются все выходные линии. У пары независимых автоматов, перегрузка может не возникнуть на одной из линий и обесточка будет частичной. В обычных квартирах можно подключать к этому автомату линию фазы и нейтрали. При размыкании будет происходить полная обесточка всей группы устройств, которые запитаны от него.
Трех и четырехполюсные автоматы. Все три или четыре фазных провода подключаются к полюсам соответствующего автоматического выключателя. Используются они, при подключении звездой, когда фазные провода защищены от перегрузок, а средний провод остается все время коммутированным, или треугольником, когда среднего центрального кабеля нет, а фазные защищаются.
Если происходит перегрузка на одной из линий, отключение происходит сразу на всех остальных. К этим автоматам подключаются 6 (трехфазный автомат) или 8 проводов. По 3–4 на выходе и столько же линий на выходе. Монтируются они на din рейки длиной 54 (трехфазный автомат) и 72 мм, соответственно. Их используют чаще всего в промышленных установках, при подключении мощных электродвигателей.
Время токовый параметр
Характер потребления питания различными устройствами варьируется даже при совпадении значений мощности. Неравномерная динамика потребления при корректной работе, всплеск нагрузки во время включения - все эти явления приводят к существенным изменениям в таком параметре, как ток потребления. Разброс мощности может привести к ложному срабатыванию выключателя.
Чтобы исключить подобные ситуации вводятся динамические параметры работы, называемые время токовыми характеристиками автоматических выключателей. Автоматы по этому параметру разделяются на несколько типов. Время срабатывания автомата у каждой из групп свое. Лицевая панель выключателя маркируется соответствующей литерой из списка: A, B, C, D, K, Z.
Номинальный ток
Различия автоматов в зависимости номинальных значений тока разделяются на несколько групп (12 уровней тока). Он напрямую связан со временем срабатывания при превышенном энергопотреблении. Определить рабочее значение можно чисто теоретически, сложив суммы токов, потребляемых каждым из устройств отдельно. При этом следует брать незначительный запас. Также следует не забывать о возможностях электропроводки.
Автоматы предназначены, в первую очередь, для предотвращения ее повреждений. В зависимости от металла проводов и их сечения рассчитывается максимальная нагрузка. Номиналы автоматических выключателей по току позволяют сделать такое разделение.
Отключающая способность
Этот параметр зависит от максимальной величины тока при возникновении КЗ при условии, что автомат выполнит отключение сети. По величине тока КЗ все автоматы разделяются на три группы.
- В первую входят приборы с номиналом 4,5 кА. Их используют в частных домах, предназначенных для проживания людей. Предельная величина тока составляет примерно 5 кА. Это обусловлено тем, что сопротивление системы проводящих кабелей, идущих к дому от подстанции, составляет 0,05 Ом.
- Вторая группа обладает номиналом 6 кА. Такой уровень уже применяется в жилых многоквартирных домах и общественных местах. Предельный ток может достигать 5,5 кА (сопротивление проводки 0,04 Ома). При этом используются модели типов: B, C, D.
- На промышленных установках номинал составляет 10 кА. Такую же величину имеет и предельная величина тока, которая может возникать в цепи рядом с подстанцией.
Как выбрать правильный автомат
До недавнего времени были широко распространены фарфоровые предохранители с плавкими элементами. Они хорошо подходили для однотипной нагрузки советских квартир. Сейчас число бытовых приборов стало намного больше, в результате чего вероятность получения возгорания со старыми предохранителями возросла. Чтобы не допустить этого, необходимо тщательно подойти к выбору автомата с правильными характеристиками. Следует избегать избыточных запасов мощности. Окончательный выбор делается после выполнения нескольких простых действий.
Определение числа полюсов
При определении данного параметра выключателя следует руководствоваться простым правилом. Если планируется обезопасить участки цепи с устройствами, имеющими незначительное энергопотребление (например, приборами освещения), то лучше оставить свой выбор на однополюсном автомате (чаще класса B или C). Если планируется подключение сложного бытового устройства, обладающего существенной мощностью потребления (стиральная машина, холодильник), то следует устанавливать двухполюсной автомат (класса C, D). Если же осуществляется оборудование небольшого производственного цеха или гаража с многофазными двигательными установками, то выбирать стоит трехполюсный вариант (класса D).
Вычисление потребляемой мощности
Как правило, к тому времени, когда планируется осуществить подключение автомата, проводка в комнату уже подведена. Исходя из сечения жил и типа металла (медь или алюминий) можно определить максимальную мощность. К примеру, для медной жилы в 2,5 мм 2 эта величина составляет 4–4,5 кВт. Но проводку часто подводят с большим запасом. Да и расчет стоит делать до начала выполнения всех монтажных работ.
В этом случае потребуется значение о том, какая суммарная мощность будет использоваться всеми приборами. Всегда возможен вариант их одновременно включения. Так, на обычной кухне, часто используются такие приборы:
- холодильник – 500 Вт;
- электрический чайник – 1700 Вт;
- микроволновая печь – 1800 Вт
Суммарная нагрузка составляет 4 кВт и для нее хватит автомата на 25 A. Но всегда есть потребители, которые включаются эпизодически и могут создать факторы, способствующие срабатыванию выключателя. Такими устройствами могут быть комбайн или миксер. Поэтому следует брать автомат с запасом в 500–1200 Вт.
Вычисление номинального тока
Поскольку мощность в однофазных сетях равна произведению напряжения на силу тока, то и ток легко определить как частное от мощности и напряжения. Для вышеприведенного примера эту величину легко вычислить, зная, что напряжение в сети составляет 220 В. Величина потребляемого тока составляет 18,8 A. Учитывая запас в 500–1200 В, она составит 20,4–23,6 A.
Для того чтобы работа не прекращалась даже при таких кратковременных превышениях нагрузки, номинальную силу тока для автомата можно взять равной 25 A. Приблизительно такому же значению соответствует и номинал, исходя из медного кабеля с сечением 2,5 мм 2 , которого хватит с запасом для такой нагрузки. Автомат с номинальным током 25 А сработает до того, как он начнет нагреваться.
Определение время токовой характеристики
Этот параметр определяется по специальной таблице, в которой перечислены пусковые токи и время их протекания. Например, для бытового холодильника кратность пускового тока составляет 5. При мощности в 500 Вт, рабочий ток составляет 2,2 A. Величина пускового тока составит 2,2*7 = 15,4 A. Данные о периодичности берутся также по специальной таблице.
Таблица № 1. Пусковые токи и длительности импульсов для бытовых приборов
Для выбранного устройства эта характеристика не превышает 3 с. Выбор становится очевидным: для такого потребителя необходимо брать автоматический выключатель типа B. Допустимо делать выбор автомата по мощности нагрузки. Можно пропустить последний этап, остановив свой выбор на выключателе класса B. Для бытовых нужд чаще всего бывают достаточными характеристики электрических выключателей класса B и C.