Устройство и селективность автоматических выключателей

• Главная >
• Статьи >
• Устройство и селективность автоматических выключателей

Характеристики автоматов

Автоматический выключатель (АВ, автомат) - устройство, отключающее участок электрической цепи при возникновении в ней проблем (короткого замыкания, перегрузки и так далее). Автомат реагирует на превышение величины  тока выше допустимого параметра, разрывает участок и защищает электрооборудование от повреждения и возможного возгорания. Вообще, защита от повышенных токов - основа почти всех электрических цепей, возникшая еще на этапе становления электричества и применяемая до сих пор.

Любое устройство, реагирующее на повышенные токи и работающее по принципу МТЗ, выполняет несколько функций:

1. Быстрый разрыв поврежденной цепи для защиты от распространения повреждения.
2. Селективная работа и надежность. Здесь подразумевается определение завышенного тока и его безошибочное отключение автоматом, ближе всего находящимся к месту повреждения.

Виды перегрузок автоматических выключателей

• Ток перегрузки - возникает при одновременном включении большой нагрузки или при выходе из строя одного из подключенных устройств.
• Ток КЗ - процесс, который имеет место при непосредственном касании фазы и нуля, без наличия какой-либо нагрузки.

Особенности перегрузок

• Ток перегруза - параметр, который незначительно отличается от номинального тока. Он может иметь кратковременный характер, поэтому в мгновенном отключении нетнужды - процесс происходит с задержкой. Для каждой цепи может устанавливаться свой допустимый параметр перегрузки (иногда их несколько).
• Ток КЗ - параметр, который в десятки, а то и в сотни раз превышает номинальный ток. Как следствие, расцепитель автомата быстро диагностирует КЗ и производит отключение. Важный момент - время отключение, которое должно быть минимальным (как правило, оно исчисляются долями секунд). Чем быстрей отключится поврежденный участок, тем ниже риски повреждения проводов и электроприемников.

Как устроен автомат?

В теории для каждого их токов может быть вычислено индивидуальное время отключения, имеющее разную величину (от 1-2 секунд до 10-15 минут и более). С другой стороны, ложная работа должна быть исключена. Если протекающий в цепи ток не несет риска для проводников и электроприборов, то в его отключении нет необходимости.

Это значит, что при установке тока перегрузки должна быть учтена реальная нагрузка защищаемой цепи. Не менее важный момент - проверка защиты перед подключением на факт точного определения тока и времени срабатывания.

Автоматические выключатели имеют три типа расцепителей:

1.  Механический - подразумевает ручное отключение и включение устройства.
2.  Электромагнитный - расцепитель, позволяющий быстро отключать токи КЗ.
3.  Тепловой - наиболее сложное устройство, обеспечивающее защиту от тока перегруза.

При выборе АВ уделяется внимание двум показателям - параметрам соленоида и теплового расцепителя. Определяются они по буквенному обозначению, нанесенному на автомате. Маркировка выполнена в виде латинской буквы, прописанной перед цифрой, отражающей номинальный ток устройства.

Маркировка автоматического выключателя

По упомянутой выше цифре можно определить:

1. Параметры соленоида, встроенного в АВ, то есть на какие  токи будет реагировать устройство.
2.  Параметры теплового элемента - биметаллической пластины, которая нагревается при достижении определенного тока, изгибается и разрывает цепочку. Данная защита гарантирует своевременное отключение в случае перегруза. Регулировка тока отключения возможна путем поджатия (ослабления) пластинки.

Ниже рассмотрим характеристики каждого из типов автоматов с позиции основных параметров - назначения, а также зависимости нагрузочного тока и времени отключения цепи при конкретном токе.

Сегодня популярны автоматические выключатели со следующими характеристиками:

• MA - автомат без теплового расцепителя. Такое устройство будет полезно для защиты от токов КЗ, но при обычной перегрузке (незначительном превышении тока выше номинального значения) отключения не произойдет. К примеру, для защиты электродвигателей больше подойдет МТЗ на базе специальных реле;
• A - автомат с тепловым расцепителем и соленоидом.  Наименьший ток, при котором устройство сработает - 1.3Iном. Время срабатывания при протекании  такого тока - около 60 минут. При достижении параметра, равного 2Iном и более в работу вступает электромагнитный расцепитель, отсекающий поврежденный участок за 0.05 секунд. Если по какой-то из причин отсечка не работает, отключение все равно произойдет, но уже действием теплового элемента. Срабатывание в таком случае происходит с большей выдержкой - 20-30 секунд. При 3-х кратном токе нагрузки отсечка гарантированно сработает за сотые доли секунды;

Автоматы A подходят для участков, где кратковременный перегруз в нормальном режиме работы исключен. В качестве примера можно привести схемы с полупроводниковыми элементами, которые бояться даже незначительного превышения тока;

• B - характеристика, которая схожа с рассмотренной выше характеристикой A. Отличие заключается лишь в токе отключения отсечки (электромагнитного расцепителя). Здесь ток срабатывания не 2Iном, а от 3Iном и более. Время отключения - 0.015 секунд. Время работы теплового элемента при 3-кратной перегрузке - 4-5 секунд. Гарантия отключения автомата - при токе 5Iн (для переменного тока) и при токе 7.5Iном (для постоянного тока).

Сфера применения автоматов с характеристикой B - цепи освещения, а также сети, где перегрузки имеют кратковременный характер или же их нет совсем.

• C - характеристика автомата, которая пользуется наибольшим спросом в среде электриков. Главное преимущество таких автоматических выключателей - лучшая перегрузочная способность (если сравнивать с характеристиками A и B). Из основных параметров стоит выделить - минимальный ток, при котором срабатывает соленоид - 5Iном. При таком же  токе время срабатывания теплового элемента составляет 1.5 секунды. Гарантированно отсечка работает при следующих параметрах - 10 Iном для переменного и 15 Iном для постоянного тока

Автоматы C - лучший вариант для цепей, имеющих смешанный тип потребителей, и без больших пусковых токов. Вот почему автоматические выключатели с характеристикой C все чаще применяются в быту;

• D - характеристика, отличающаяся широкими возможностями в плане перегруза. Минимальный предел тока, при котором срабатывает отсечка (ЭМ соленоид) - 10 Iн. При этом же показателе тока расцепитель сработает за 0.4 секунды. Устройство с характеристикой D гарантированно сработает при токе 20 Iном. Данный тип автоматов чаще всего монтируется для защиты электрических двигателей, в момент пуска которых имеют место большие токи;
•  K - характеристика автомата, особенная широким диапазоном между предельными токами срабатывания отсечки в цепях различных токов (переменного и постоянного). Соленоид АВ с характеристикой K может отключить ток равный 8Iном, а гарантированные токи отключения составляют 12Iном - переменного и 18Iном - для постоянного тока. Работает отсечка через 0.02 секунды. Тепловой элемент отличается высокой чувствительностью и может среагировать на ток, превышающий номинальный показатель на 5%. Благодаря своим характеристикам, автоматы K часто применяются в цепях с потребителями, имеющими индуктивный характер нагрузки;
•  Z - характеристика автомата, также подразумевающая различия между токами срабатывания отсечки в цепях постоянного и переменного тока. Соленоид срабатывает при токе 2Iном. Гарантированный ток, при котором будет работать соленоид - 3Iном - для переменного и от 4.5Iном - для постоянного тока. Тепловой элемент обладает высокой чувствительностью и срабатывает уже в случае превышения номинального тока на 5%. Используются автоматы с классификацией Z только для питания цепей с электронными устройствами.

 Что такое селективность защиты 

Селективность - это свойства автоматической защиты работать поочередно. Представьте длинную линию электропередач, в случае аварийной ситуации, короткого замыкания например, первым должен сработать самый близкий к месту аварии аппарат защиты. На примере квартиры это выглядит следующим образом. Вы засунули два гвоздя в розетку и сверху накинули третий - происходит К.З. Первым должен сработать автомат в щитке защищающий именно эту линию с розеткой, далее общий автомат на ваш щиток, а уж потом большой вводной автомат или вставки на ВРУ дома. 

Использование характеристики "В" в бытовом электромонтаже

Некоторые электрики, для обеспечения селективности, рекомендуют ставить автоматы с характеристикой "В". Их ход мысли следующий, если поместить на одну линию два автомата с разными характеристиками "С" и "В", но одинакого номинала, например 16А, то по логике вещей первый должен отключиться автомат "B". На практике это не совсем так.

Для начала сравним цены на автоматы с разными характеристиками:

• Выключатель автоматический однополюсный 16А C ВА47-29 4.5кА 103 рубля
• Выключатель автоматический однополюсный 16А В ВА47-29 4.5кА 108 рублей

разница в стоимости не сильно заметна, возьмем что то поприличнее:

• Выключатель автоматический однополюсный 16А С S201 6кА (S201 C16) 314 рублей
• Выключатель автоматический однополюсный 16А В S201 6кА (S201 B16) 373 рублей

разница уже существеннее и чем дороже модульное оборудование, тем заметнее становится разница. Это связано с количеством выпускаемой продукции. Посмотрите выше по тексту, я приводил типичное использование для характеристики "С" - смешанная бытовая нагрузка. Именно поэтому автоматов "С" производиться в разы больше чем остальных характеристик, что и влияет на конечную цену.

Вернемся к практическому смыслу монтажа автоматов "В" для обеспечения селективности. Графики рабочих режимов отлично показывает картинка с сайта http://ekfgroup.com (за что им большое спасибо)

В верхней части графики фактически превращаются в точку (ну по идеи должны превращаться, тут немного не корректно показано). Это зона работы тепловой защиты, жесткость биметаллической пластины настраивается винтиком внутри автомата, сами понимаете обеспечить ей селективность в столь узком диапазоне значений просто винтом очень трудно.

В нижней части графика показана работа автомата от сверх токов, все верно, гарантированное отключение автомата 500% для "В" и 1000% для "С" от номинального переменного значения тока. Запомним что значения 1000% и 500% это гарантированные цифры отключения. Однако, если обратить внимание, между автоматами есть зона где характеристики соприкасаются и может оказаться так, что попадутся два автомата у которых эти характеристики очень схожи. Какой из автоматов тогда отключится первым - большой вопрос.

Я уже упоминал что наиболее корректная работа автоматов достигается за счет проверки (прогруза, испытания) их на соответствие характеристикам - точного определения тока и времени срабатывания. Поэтому если вы не производите испытание модульной аппаратуры до монтажа, все попытки обеспечить селективность только за счет буковки на этикетке просто смешны.

Предлагаю в бытовых условиях, без испытаний, не включать в схемы модульную аппаратуру отличную от характеристики "С", это только сэкономит деньги клиентов.