Автоматические выключатели
(АВ) предназначены для включения и отключения асинхронных электродвигателей и других приемников электроэнергии, а также для защиты их от токов перегрузки и короткого замыкания.
Автоматы обеспечивают одновременное отключение всех трех фаз в случае возникновения аварийных ситуаций. В рабочем режиме включение и отключение производится вручную, в аварийном режиме они отключаются автоматически электромагнитным, тепловым или электронным расцепителем.
Важной составной частью автомата является расцепитель, который контролирует заданный параметр защищаемой сети и воздействует на расцепляющее устройство, отключающее автомат. Наибольшее распространение получили расцепители следующих типов:
1) электромагнитные
(для защиты от токов КЗ);
2) тепловые
(для защиты от перегрузок);
3) комбинированные
, в том числе и электронные.
Электромагнитный расцепитель состоит из катушки с подвижным сердечником и возвратной пружины. При протекании по катушке тока сердечник мгновенно втягивается и воздействует на отключающую рейку механизма свободного расцепления.
Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, соединенную последовательно с контактом. При нагревании ее током перегрузки она изгибается и воздействует на отключающую рейку механизма свободного расцепления.
Различают нетокоограничивающие и токоограничивающие автоматические выключатели.
Нетокоограничивающие
выключатели не ограничивают в цепи, и он достигает максимального ожидаемого значения.
Токоограничивающие
выключатели ограничивают с помощью быстрого введения в цепь дополнительного сопротивления дуги (в первый же полупериод, до того, как значительно возрастет) и последующего быстрого отключения КЗ. При этом не достигает ожидаемого расчетного максимального значения. Токоограничение начинается с некоторого значения тока, определяемого характеристикой токоограничения (рис.6.1).
Например, выключатели серии Compact NS
(Merlin Gerin) обладают исключительной токоограничивающей способностью благодаря технологии двойного размыкания (очень быстрое разъединение контактов под действием электродинамических сил и возникновение двух последовательных напряжений дугового pазpяда с крутым волновым фронтом).
Выбор автоматических выключателей производится по номинальному току, времятоковой характеристике срабатывания (ВТХ), отключающей способности, условиям монтажа и эксплуатации. Правильный выбор характеристики автоматического выключателя является залогом его своевременного срабатывания.
Номинальным током Iн и напряжением Uн автоматического выключателя называют значения тока и напряжения, которые способны выдержать главные токоведущие части выключателя в длительном режиме. Номинальный расцепителя Iн.расц может отличаться от номинального тока автомата, поскольку в автомат могут быть встроены расцепители с меньшим номинальным током.
Другой, не менее важной, характеристикой автоматического выключателя является его предельная коммутационная способность (ПКС). ПКС называют максимальное значение тока КЗ , которое выключатель способен включить и отключить несколько раз, оставаясь в исправном состоянии.
Автоматические выключатели могут иметь следующие времятоковые защитные характеристики (ВТХ) (рис.6.2) :
1) зависимую от тока
ВТХ; такие выключатели имеют только тепловой расцепитель и применяются редко вследствие недостаточной ПКС и быстродействия;
2) независимую от тока
ВТХ; такие выключатели имеют только токовую отсечку, выполненную с помощью электромагнитного или полупроводникового расцепителя, действующего без выдержки или с выдержкой времени;
3) ограниченно зависимую
от тока двухступенчатую ВТХ; в зоне токов перегрузки выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени, в зоне токов выключатель отключается токовой отсечкой с независимой от тока заранее установленной выдержкой времени (для селективных выключателей) или без выдержки времени (для неселективных выключателей); выключатель имеет либо тепловой и электромагнитный расцепитель (комбинированный), либо двухступенчатый электромагнитный, либо полупроводниковый расцепитель;
4) трехступенчатую защитную
ВТХ; в зоне токов перегрузки выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени, в зоне токов - с независимой, заранее установленной, выдержкой времени (зона селективной отсечки), а при близких - без выдержки времени (зона мгновенного срабатывания); зона мгновенного срабатывания предназначена для уменьшения длительности воздействия токов при близких КЗ. Такие выключатели имеют полупроводниковый расцепитель и применяются для защиты вводов в КТП и отходящих линий.
В соответствии со стандартами международной электротехнической комиссии (МЭК) по времятоковым характеристикам срабатывания выключатели бывают трех типов: B, C, D (рис.6.3).
Рис.6.2. Защитные характеристики автоматических выключателей:
а) - зависимая; б) - независимая; в) - ограниченно зависимая; г) - трехступенчатая;
1 - с выдержкой времени при КЗ; 2 - без выдержки времени при КЗ.
Времятоковые характеристики автоматических выключателей
- величина тока срабатывания электромагнитного расцепителя кратности k = 5 - 10. Для бытового и промышленного применения: для двигателей со временем пуска до 1 с, нагрузок с малыми индуктивными токами (холодильных машин и кондиционеров).
Тип D
- величина тока срабатывания электромагнитного расцепителя кратности k > 10. Применяется для мощных двигателей с затяжным временем пуска.
Рисунок - Характеристики автоматических выключателей B, C, D, Z, K и S
Тепловые расцепители, используемые в автоматических выключателях, чувствительны к нагреву от посторонних источников. В практике нередко случается, что расцепитель промежуточного полюса при номинальном режиме отключается только из-за нагрева соседних полюсов. Это приводит к ограничению области его работы и к коррекции номинального тока с учетом графика рис.6.4.
Рис.6.4. Зависимость нагрузочной способности АВ при их близком расположении: Кн = I/Iн - коэффициент нагрузки, N - количество автоматических выключателей при их размещении рядом.
Нагрузочная характеристика
большинства автоматических выключателей зависит от температуры окружающей среды: при ее снижении коэффициент нагрузки увеличивается, при повышении - падает (рис.6.5). Это ограничивает возможность их использования в условиях жесткого температурного режима эксплуатации, особенно в горячих цехах или на открытом воздухе.
Рис.6.5. Зависимость нагрузочной способности АВ от температуры окружающей среды
Разнесение функций защитных устройств на несколько независимых устройств создает массу неудобств при монтаже и эксплуатации. Каждое из них не обладает универсальностью и подходит только к конкретному автоматическому выключателю. Поэтому перед разработчиками остро встала проблема создания универсального устройства.
ток срабатывания защиты от перегрузки" style="letter-spacing: 0px; line-height: 1.5em; word-spacing: 0.1em; float: none; margin: 5px auto; display: block;" title="Типовая рабочая характеристика асинхронного двигателя, совмещенная с кривой срабатывания электронного расцепителя Iсп - срабатывания защиты от перегрузки" />
Последние поколения автоматических выключателей снабжены так называемыми электронными расцепителями, осуществляющими комплексную защиту электродвигателя и объединяющими в одном устройстве функции всех вышеперечисленных расцепителей. Они выполнены на базе микропроцессорной техники, гарантируют высокую точность срабатывания, надежность и устойчивость к температурным режимам. Электропитание, необходимое для правильной работы, обеспечивается непосредственно трансформаторами тока расцепителя.
Защитные расцепители состоят из трех или четырех трансформаторов тока (в зависимости от типа сети), электронного блока и механизма расцепления, который воздействует непосредственно на механизм выключателя.
Кривая срабатывания выключателя, максимально приближенная к рабочей характеристике асинхронного электродвигателя (рис.6.6), определяет следующие виды защит :
- защита от перегрузки с обратнозависимой выдержкой по времени;
- защита от заклинивания ротора электродвигателя с определенной выдержкой времени;
- защита от короткого замыкания с мгновенным срабатыванием.
При выборе автоматического выключателя для защиты электрооборудования многие учитывают номинальный ток, напряжение и количество полюсов (однополюсные, двухполюсные, трехполюсные или четырехполюсные) выключатели. Что в принципе верно, но есть одно «но».
На практике встречаются случаи, когда подобрав автоматический выключатель для защиты скажем асинхронного электродвигателя, по номинальным данным машины, и установив его, при пуске выключатель срабатывает и разрывает цепь. В чем причина? Ведь все выбрано правильно, токи соответствуют, напряжение тоже, с количеством полюсов прогадать очень трудно, но автомат срабатывает при пуске.
Дело в том, что при прямом пуске асинхронного электродвигателя ток статора достигает порядка семи номинальных токов. Поэтому срабатывает автомат? Да, поэтому. Но подобрав другой, такой же автомат, но с другой характеристикой срабатывания данная система работает нормально.
Поэтому при выборе автоматических выключателей следует обращать внимание на его характеристики срабатывания и сравнивать их с графиком вашей нагрузки. Давайте рассмотрим основные характеристики автоматических выключателей.
Характеристика МА
Данный тип выключателей не имеет теплового расцепителя и применим только для защиты от коротких замыканий. Наиболее часто применим в цепях защиты электроприводов, где реализована защита от перегрузки другим способом (токовые реле, микропроцессорные системы).
Характеристика А
Предназначены для защиты цепей в которых не предусмотрены перегрузки по току. Это могут быть полупроводниковые устройства выходящие из строя при превышении заданных значений тока. График такой характеристики показан ниже:
Как мы видим из графика при перегрузке 1,13 -1,45 I н тепловой расцепитель может сработать в течении 60 мин, а при 2- 3 кратном превышении – почти мгновенно.
Характеристика В
Такой тип защиты довольно часто используют для компьютерного и электронного оборудования или же в системах где пусковые пики малы, а система подвержена очень малым перегрузкам. График приведен ниже:
При длительных режимах она ничем не отличается от характеристики А, а вот при пуске выдерживает больший ток 3 – 5 номиналов.
Характеристика С
Наиболее распространенная характеристика автоматических выключателей. Применяется практически во всех системах электроснабжения имеющих умеренные пусковые токи, поэтому практически в любом электрощитке можно увидеть это устройство. График ниже:
Как видим, перегрузочная их способность лежит в промежутке от 5 до 10 номиналов. Что позволяет им недолгое время пропускать умеренные значения пускового тока.
Характеристика D
Применимы для защиты электродвигателей, которые пускаются напрямую от сети без применения преобразователей, и имеющие большие скачки пусковых токов, а также для других устройств имеющих большие кратковременные перегрузки. График ниже:
В этих устройствах кратковременные перегрузки могут достигать 10 – 20 номиналов.
Характеристика К
Такой тип автомата имеет довольно большой диапазон разброса тока срабатывания при работе на постоянном и переменном напряжении и применяют его, как правило, в цепях с индуктивной нагрузкой, иногда для электродвигателей и различных силовых преобразователей. Кривая срабатывания показана ниже:
Как видим на «переменке» диапазон отключения 10 – 15 номиналов, при «постоянке» 10 – 25 номиналов.
Характеристика Z
Также имеет разброс при работе на постоянном и переменном напряжении и предназначен для обеспечения максимальной защиты электронных устройств управления. Кривая работы приведена ниже:
При работе на переменном напряжении отключение происходит при достижении 2 – 3 номиналов, при постоянном 2 – 5.
Как видим, выбор автоматического выключателя для защиты электрических цепей не такая уж и простая задача, как кажется на первый взгляд. Поэтому при выборе автоматического выключателя необходимо сопоставлять не только номинальные данные (напряжение, ток, фазность), но и знать характеристики работы системы, для которой выбирается автомат, чтобы выбранный вами автоматический выключатель в полной мере обеспечивал защиту вашего оборудования.
Для защиты электрических цепей от длительных токовых перегрузок I> In и короткого замыкания Iкз применяются автоматические выключатели (модульные автоматы). Конструктивно они состоят из смонтированных в негорючем пластиковом корпусе клемм, контактов, гасителя дуги, ручного устройства включения, электромагнитного и теплового расщепителей.
Устройство АВ (рис. 1)
Пояснения работы АВ
Индуктивная катушка, включённая последовательно между клеммами автомата, при прохождении через неё большого тока, работает как магнит, воздействуя на защёлку, освобождающую пружинный механизм контактной группы, тем самым размыкая электрическую цепь, предохраняя линию от токов перегрузки и токов короткого замыкания.
Казалось бы, всё просто: превышена нагрузка – сработала защита. Но в момент включения электроприборов, их пусковой ток может превышать номинальное значение в несколько раз. Напрашивается решение – поставить электромагнитный выключатель, выдерживающий наибольшие стартовые нагрузки.
Но проводники в сетях рассчитаны на номинальный рабочий ток. Они способны выдерживать кратковременные перегрузки без какого-либо вреда, что неверно при продолжительных перегрузках, в этом случае провод разогреется до температуры возгорания изоляции, а выключатель так и не выключит напряжение, пока жилы не замкнутся между собой.
Тепловой расцепитель
Дорогостоящим решением может стать увеличение поперечного сечения кабеля до значений пусковых токов.
Тепловой расцепитель автоматического выключателя (рис.2)
Но есть более дешёвый способ уберечь линии от возгораний, давая им работать в режиме импульсных перегрузок. Этот принцип реализован в тепловом расцепителе – биметаллической пластине, дугообразной формы, способной выдерживать большие токи, по мере нагревания менять свои геометрические параметры распрямляясь, тем самим, надавливая на спусковой механизм отключающего устройства.
Поскольку на нагревание нужно время, то выключение происходит не сразу, а по истечении некоторого периода времени, которого должно хватить на возвращение силы тока от стартового до рабочего значения, при котором количества теплоты выделяется меньше и его недостаточно для выпрямления биметаллической пластины, – отключение не происходит.
Время-токовые характеристики
При коротком замыкании, из-за большего, чем у обычных проводников сопротивления, данная пластина моментально разогреется до температуры плавления, и не успеет сработать. Поэтому, последовательно устанавливают электромагнитный выключатель, который реагируя на КЗ, практически моментально обрывает цепь, защищая линии, электроприборы и биметаллическую пластину.
Ток его срабатывания (отсечки) I всегда выше номинального, указанного на устройстве. Отношение I к номинальному, коэффициент k= I/ In называют время-токовой характеристикой, в зависимости от предназначения автомата, обозначаемой на корпусе перед номинальный током, в виде латинских букв (см. рис. 3):
- А, k= 1,3. Используется для протяжённых линий, питания электронных устройств, пусковые перегрузки почти отсутствуют.
- В, k=5. Предназначен для питания электроосветительных сетей, не имеющих больших стартовых токов.
- С, k=10. Самый распространённый в быту подвид автоматических выключателей. Первоначальные нагрузки умеренные.
- D, k=25. Выдерживает большие импульсы тока, предназначен для обслуживания электродвигателей с тяжёлым запуском.
Применение в одной сети, последовательно включённых автоматов с разными характеристиками позволяет создать селективную защиту, при которой нештатная ситуация на линии не будет вызывать отключения главного вводного автомата.
График срабатывания автоматического выключателя с разными типами время токовых характеристик (рис.3)
Указанные коэффициенты означают, что при I= k* In автомат сработает практически моментально, благодаря электромагнитному выключателю. Если ток в диапазоне: In < I < k* In, то время отключения зависит от:
- температуры окружающей среды;
- температуры самого автомата;
- наличия рядом других работающих модульных выключателей;
- погрешности самого устройства.
Существуют графики зависимости времени выключения от k= I/ In для каждой категории. Две линии указывают диапазон возможного времени отключения, нижняя – для горячего устройства, верхняя для холодного. Теперь ясно, почему в жару автомат срабатывает быстрее.
Примеры время-токовых характеристик
Допустим, случилась пятикратная перегрузка выключателя типа С: I= 5* In.(см. рис.4) В горячем, прогретом долгой работой состоянии, автомат отключится за время от 0,02 до 1,1секунды с помощью нагревающейся биметаллической пластины. Вертикаль показывает диапазон возможного значения времени срабатывания.
Время-токовая характеристика при 5-ти кратной перегрузке (рис.4)
Прямая линия графика, уходящая вправо, показывает быстродействие электромеханической защиты при большей ступени перегрузки. Кривая, уходящая влево и вверх, показывает, какое время нужно на нагревание биметаллической пластины, чтобы она сработала при k<5.
При двукратном превышении номинала, отключение произойдёт через 10 секунд максимум (рис.5), если в полтора раза превысить ток, то потребуется приблизительно 40с.
Время-токовая характеристика при 2-х кратной перегрузке (рис.5)
Из графика понятно, что при k=1,13 автомат не сработает практически никогда (рис.6). Этот нюанс называют условным током не отключения, его нужно учитывать при практических расчётах.
Время-токовая характеристика при 1,13 кратной перегрузке (рис.6)
Для холодного устройства алгоритм определения тот же. Заметно, что время выключения больше, для той же пятикратной нагрузки будет уже около тридцати секунд. Чтобы устройство сработало в том же периоде, что и в горячем состоянии, нужна уже десятикратная перегрузка.
Это крайние значения, для температуры среды в +30° С. На практике реальное время будет в этих пределах, в зависимости от температурного коэффициента kt окружающего воздуха и коэффициента kn, учитывающего тепловыделение других работающих рядом автоматов.
На графиках видно, как они изменяются в зависимости от температуры и количества устройств на дин рейке.
Маркировка автомата
Исходя из этого, для расчетов нужно использовать скорректированный, по температурным показателям номинальный ток In°t = In* kn* kt.
Маркировка автоматического выключателя
На корпусе указывается номинальное напряжение, тип, ток, серия, логотип производителя. Важно не спутать: указанный ток КЗ (например: 4,5кА), – это не значение отсечки, а кратковременная перегрузка, которую может выдержать автомат. Наиболее надёжной и износостойкой является продукция от АВВ, Legrand, Siemens, Schneider.
Что такое время-токовые характеристики автоматических выключателей
При нормальной работе электросети и всех приборов через (далее по тексту - ) протекает допустимый электрический ток. Однако, если сила тока по каким-либо причинам превысила номинальные значения, происходит размыкание цепи из-за срабатывания расцепителей автоматического выключателя.
Характеристика срабатывания автоматического выключателя
является очень важной характеристикой, которая описывает то, насколько время срабатывания автоматического выключателя зависит от отношения силы тока, протекающего через автомат, к номинальному току автомата.
Данная характеристика сложна тем, что для ее выражения необходимо использование графиков. Автоматы с одним и тем же номиналом будут при разных превышениях тока по-разному отключаться в зависимости от типа кривой токовой характеристики автомата, благодаря чему имеется возможность применять автоматы с разной характеристикой для разных типов нагрузки.
Тем самым, с одной стороны, осуществляется защитная токовая функция, а с другой стороны, обеспечивается минимальное количество ложных срабатываний - в этом и заключается важность данной характеристики.
В энергетических отраслях бывают ситуации, когда кратковременное увеличение тока не связано с появлением аварийного режима и защита не должно реагировать на такие изменения. Это же относится и к автоматам.
При включении какого-нибудь мотора, к примеру, дачного насоса или пылесоса, в линии происходит достаточно большой бросок тока, который в несколько раз превышает нормальный.
По логике работы, автомат, конечно же, должен отключиться. К примеру, мотор потребляет в пусковом режиме 12 А, а в рабочем - 5 А. Автомат стоит на 10 А, и при значении 12 А он должен отключиться. Что в таком случае делать? Если, например поставить автомат номиналом на 16 А, тогда непонятно отключится он или нет если заклинит мотор или замкнет кабель.
Можно было бы решить эту проблему, если его поставить на меньший ток, но тогда он будет срабатывать от любого движения. Вот для этого и было придумано такое понятие для автомата, как его «время-токовая характеристика
».
Какие существуют время токовые характеристики автоматических выключателей и их отличие между собой
Как известно, основными органами срабатывания автоматического выключателя являются тепловой и электромагнитный расцепитель. Тепловой расцепитель представляет собой пластину из биметалла, изгибающуюся при нагреве протекающим током. Тем самым в действие приводится механизм расцепления, при длительной перегрузке срабатывая, с обратнозависимой выдержкой времени. Нагрев биметаллической пластинки и время срабатывание расцепителя напрямую зависят от уровня перегрузки.
Электромагнитный расцепитель является соленоидом с сердечником, магнитное поле соленоида при определенном токе втягивает сердечник, приводящий в действие механизм расцепления - происходит мгновенное срабатывание при , благодаря чему пострадавший участок сети не будет дожидаться разогрева теплового расцепителя (биметаллической пластины) в автомате.
Зависимость времени срабатывания автомата от силы тока, протекающего через автомат, как раз и определяется время-токовой характеристикой автоматического выключателя
.
Наверное, каждый замечал изображение латинских букв B, C, D
на корпусах модульных автоматов. Так вот, они характеризуют кратность уставки электромагнитного расцепителя к номиналу автомата, обозначая его время-токовую характеристику.
Эти буквы указывают ток мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя автомата. Проще говоря, характеристика срабатывания автоматического выключателя
показывает чувствительность автомата - наименьший ток при котором автомат отключится мгновенно.
Автоматы имеют несколько характеристик, самыми распространенными из которых являются:
· - B
— от 3 до 5хIn;
· - C
— от 5 до 10хIn;
· - D
— от 10 до 20хIn.
Что означают цифры указанные выше?
Приведем небольшой пример: допустим, есть два автомата равные по номинальному току, но характеристики срабатывания (латинские буквы на автомате) разные: автоматы В16
и С16
.
Диапазоны срабатывания электромагнитного расцепителя для В16 составляет 16*(3...5)=48...80А
. Для С16 диапазон токов мгновенного срабатывания 16*(5...10)=80...160А
.
При токе 100 А автомат В16 отключится практически мгновенно, в то время как С16 отключится не сразу а через несколько секунд от тепловой защиты (после того как нагреется его биметаллическая пластина).
В жилых зданиях и квартирах, где нагрузки чисто активные (без больших пусковых токов), самыми чувствительными и предпочтительными к применению являются автоматы с характеристикой B
. На сегодняшний день очень распространена характеристика С
, которую также можно использовать для жилых и административных зданий.
Что касается характеристики D
, то она как раз годится для питания каких-либо электромоторов, больших двигателей и других устройств, где могут быть при их включении большие пусковые токи. Также через пониженную чувствительность при КЗ автоматы с характеристикой D
могут быть рекомендованы для использования как вводные для повышения шансов селективности со стоящими ниже групповыми автоматами при КЗ.
Согласитесь, логично, что время срабатывания зависит от температуры автомата. Автомат отключится быстрее, если его тепловой орган (биметаллическая пластина) разогретый. И наоборот при первом включении когда биметалл автомата холодный время отключения будет больше.
Поэтому на графике верхняя кривая характеризует холодное состояние автомата, нижняя кривая характеризует горячее состояние автомата.
На рисунках пунктирная линия - это верхняя граница время-токовой характеристики для автоматических выключателей с номинальным током In меньше или равно 32 A.
Что показано на графике время-токовой характеристики
На примере 16-и Амперного автомата, имеющего время токовую характеристику C, попробуем рассмотреть характеристики срабатывания автоматических выключателей
.
На графике можно увидеть, как протекающий через автоматический выключатель ток влияет на зависимость времени его отключения. Кратность тока протекающего в цепи к номинальному току автомата (I/In) изображает ось Х, а время срабатывания, в секундах - ось У.
Выше говорилось, что в состав автомата входит электромагнитный и тепловой расцепитель. Поэтому график можно разделить на два участка. Крутая часть графика показывает защиту от перегрузки (работа теплового расцепителя), а более пологая часть защиту от КЗ (работа электромагнитного расцепителя).
Как видно на графике, если к автомату С16 подключить нагрузку 23 А то он должен отключится за 60 сек. То есть при возникновении перегрузки на 45 % автомат отключится через 60 сек.
На токи большой величины, которые могут привести к повреждению изоляции электропроводки автомат способен реагировать мгновенно благодаря наличию электромагнитного расцепителя.
При прохождении через автомат С16 тока 5хIn (80 А) он должен сработать через 0.02 сек (это если автомат горячий). В холодном состоянии, при такой нагрузке, он отключится в пределах 11 сек. и 25 сек. (для автоматов до 32 А и выше 32 А соответственно).
Если через автомат будет протекать ток равный 10хIn, то он отключается за 0,03 секунды в холодном состоянии или меньше чем за 0,01 секунду в горячем.
К примеру, при коротком замыкании в цепи, которая защищена автоматом С16, и возникновении тока в 320 Ампер, диапазон времени отключения автомата будет составлять от 0,008 до 0,015 секунды. Это позволит снять питание с аварийной цепи и защитить от возгорания и полного разрушения сам автомат, закоротивший электроприбор и электропроводку.
В квартирах по возможности необходимо обязательно применять автоматы категории B
, которые являются более чувствительными. Данный автомат отработает от перегрузки так же, как и автомат категории С
.
Когда все приборы и сама электрическая сеть функционируют в нормальном режиме, в них наблюдается обычное течение тока. Данное явление в полной мере касается и автоматического выключателя. Однако в случае превышения силой тока, по каким-либо причинам, своего номинального значения, срабатывает защитного устройства и цепь размыкается. Параметр такого срабатывания известен как время-токовая характеристика автоматического выключателя. Она представляет собой зависимость времени срабатывания автомата и соотношения между реальным током, протекающим через автомат и номинальным током прибора.
Для чего нужна время-токовая характеристика
Сложности практического применения этого параметра в первую очередь связаны с графиками, которые необходимо правильно читать и применять на практике. Отключение автоматов с одинаковым номиналом будет происходить не одинаково в случае различных превышений тока. Поэтому для каждого типа выключателей существует собственная кривая, отображаемая на графике. Это дает возможность использования автоматических выключателей с разными характеристиками для определенного типа нагрузки.
В результате, автоматический выключатель выполняет защитную токовую функцию и одновременно сводит до минимума ложные срабатывания. Именно в этом и заключается основное практическое значение время-токовой характеристики.
В области энергетики нередко возникают ситуации, при которых увеличение тока на короткое время не связано с возникновением аварийного режима работы. В этих случаях защитные устройства не должны реагировать на подобные изменения. Это происходит при включении электродвигателей, когда наблюдается значительный скачок тока, в несколько раз превышающий номинальное значение. Если следовать логическим выводам, должно произойти обязательное отключение автомата. Например, если устройство установлено на 10 А, а пусковой ток составляет 12 А, это приведет к непременному срабатыванию защиты. Чтобы этого не произошло, требуется увеличить порог срабатывания, например, до 16 ампер. Однако в случае устройство может и не отключиться.
Слишком низкий уровень срабатывания приведет к тому, что автомат будет реагировать даже на незначительные скачки. Решить данную проблему позволяет время-токовая характеристика, определяющая основной режим работы каждого защитного устройства.
Время-токовые характеристики автоматов
Срабатывание автоматических выключателей происходит за счет действия его основных элементов - теплового и электромагнитного расцепителя. Конструкция теплового расцепителя состоит из биметаллической пластины, нагревающейся под действием протекающего тока. В результате, она изгибается и приводит в действие механизм расцепления. Для срабатывания необходима длительная нагрузка, обратно пропорциональная выдержке по времени. Уровень перегрузки напрямую влияет на нагрев пластинки и время срабатывания теплового расцепителя.
Основными составляющими электромагнитного расцепителя служат катушка и сердечник. При достижении током определенного уровня, магнитное поле катушки втягивает сердечник, под действием которого срабатывает расцепляющий механизм. Устройство мгновенно срабатывает при коротких замыканиях, не дожидаясь нагрева теплового расцепителя. Время срабатывания автомата зависит от силы тока, проходящего через автоматический выключатель. Данная зависимость как раз и представляет собой времятоковую характеристику защитного устройства.
На корпусе каждого прибора наносятся латинские символы В, С и D. Каждый из них соответствует кратности уставки электромагнитного расцепителя к номинальному значению автомата. То есть, с помощью этих букв отображается ток мгновенного срабатывания расцепителя или чувствительность автоматического выключателя. Данный параметр обозначает минимальный ток, при котором происходит мгновенное отключение защитного устройства. Таким образом, латинскими буквами обозначается времятоковая характеристика каждого конкретного автомата. Символ «В» соответствует характеристикам 3-5 х ln, «С» - 5-10 х ln и «D» - 10-20 х ln.
Значение этих цифр необходимо рассмотреть на примере двух автоматов, равных по мощности, то есть, с одинаковым номинальным током, например, модели В16 и С16. Для выключателя В16 диапазон срабатывания электромагнитного расцепителя составит 16 х (3-5) = 48-80 А. Соответственно, у автомата С16 этот диапазон будет находиться в пределах 16 х (5-10) = 80-160 ампер. Таким образом, при наличии тока в 100 А, произойдет мгновенное отключение модели В16, а устройство С16 отключится лишь через несколько секунд после нагрева биметаллической пластины.
Для жилых и административных зданий наиболее подходящими вариантами считаются автоматы с маркировкой В и С. Это связано с отсутствием больших пусковых токов и крайне редким включением электродвигателей повышенной мощности. Автоматы категории D используются в основном на тех объектах, где имеются мощные электродвигатели и другие устройства с большими пусковыми токами.
График время токовой характеристики обязательно учитывает температуру самого защитного устройства. В случае первого срабатывания времени на отключение затрачивается больше, поскольку биметаллическая пластинка холодная. При повторном срабатывании, когда пластинка уже была ранее разогрета, отключение происходит быстрее.
График время-токовой характеристики
Данный график показывает время токовые характеристики для различных типов автоматических выключателей - В, С и D. Основным параметром является значение тока, протекающего через устройство защиты, и оказывающего непосредственное влияние на время отключения. Отношение тока, протекающего в цепи, и номинального тока автомата отображается в виде l/ln на оси Х. Время срабатывания устройства, измеряемое в секундах, фиксируется на оси У
Поскольку каждый автомат состоит из электромагнитного и теплового расцепителя, то и представленный график условно делится на два участка. На крутом участке отражается работа теплового расцепителя, защищающего от перегрузок, а в более пологой части отображено действие электромагнитного расцепителя, выполняющего отключение при коротких замыканиях.
На графике наглядно видно, что при различных нагрузках, изменяется и время отключения устройства. Время отключения при одинаковой нагрузке у холодного и горячего автомата будет разным. Таким образом, график времятоковой характеристики позволяет заранее выполнить все необходимые расчеты и выбрать наиболее подходящее защитное устройство для конкретных условий эксплуатации.
Выбор автомата для дома
Для большинства квартир рекомендуются автоматические выключатели категории В, обладающие повышенной чувствительностью. Его срабатывание при перегрузках происходит так же, как и у автомата типа С. Однако в случае короткого замыкания их действия могут отличаться.
Идеальными условиями считается наличие нового дома, хорошего состояния сети, расположение подстанции возле объекта. Большое значение имеет качество всех соединений. В такой ситуации при коротком замыкании может сработать даже вводный автомат.
Совершенно иные условия в старых домах. Как правило в них очень старая электропроводка, обладающая высоким сопротивлением. Тока может оказаться недостаточно, и при коротком замыкании автомат не сработает. На таких объектах времятоковая характеристика автоматического выключателя должна обязательно соответствовать категории В. Это условие касается не только квартир, но также дач и старых сельских домов.