Тип мгновенного расцепления автоматических выключателей

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.

Наглядно про категории автоматов на видео:

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.

Диаграмма отключения автоматических выключателей разных типов (закрашена область токов мгновенного расцепления)

Согласно ГОСТ Р 50345-99, автоматические выключатели делятся на следующие типы по току мгновенного расцепления:

У европейских производителей классификация может несколько отличаться. В частности, имеется дополнительный тип A (свыше 2·I_n до 3·I_n). У отдельных производителей существуют дополнительные кривые отключения. Например у АВВ имеются автоматические выключатели с кривыми K и Z.

Варианты исполнения

шина для соединения аппаратов наDIN-рейке

Автоматические выключатели выполняются одно-, двух-, трёх- или четырёхполюсными и имеют следующие конструктивные узлы: главной контактной системы, дугогасительной системы, привода, расцепляющего устройства, расцепителей и вспомогательных контактов.

Контактная система может быть трёхступенчатой (с главными, промежуточными и дугогасительными контактами), двухступенчатой (с главными и дугогасительными контактами) и при использовании металлокерамики одноступенчатой. Дугогасительная система может состоять из камер с узкими щелями или из камер с дугогасительными решётками. Комбинированные дугогасительные устройства — щелевые камеры в сочетании с дугогасительной решеткой применяют для гашения дуги при больших токах.

Для каждого исполнения автоматического выключателя существует предельный ток короткого замыкания, который гарантированно не приводит к выходу из строя автомата. Превышение этого тока может вызвать подгорание или сваривание контактов. Например, у популярных серий бытовых автоматов при токе срабатывания 6-50А предельный ток обычно составляет 1000-10 000А.

Автоматические выключатели изготовляют с ручным и двигательным приводом, в стационарном или выдвижном исполнении. Привод автоматического выключателя служит для включения, автоматического отключения и может быть ручным непосредственного действия и дистанционным (электромагнитным, пневматическим и др.).

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, называемые расцепителями.

Расцепители

схемы подключения расцепителей

Расцепители — это электромагнитные или термобиметаллические элементы, служащие для отключения автоматического выключателя через механизм свободного расцепления при КЗ, перегрузках и исчезновении напряжения в первичной цепи. Механизм свободного расцепления состоит из рычагов, защелок, коромысел и отключающих пружин и предназначен для отключения автоматического выключателя, а также для устранения повторного включения автоматического выключателя на короткое замыкание при длительно существующей команде на включение.

Отключение

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения t_с, о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (t_с, о = 0,02-1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (t_с, о

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей путём установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.

Производители

Автоматические выключатели производятся многими европейскими, российскими, японскими и китайскими компаниями. Среди основных марок европейских производителей можно выделить ABB, Siemens, Schneider Electric, Legrand, Moeller и Hager. Продукция китайских производителей известна в России под брендами IEK, EKF, DEKraft, Sassin, Dozer и другими. Так же известен японский производитель Terasaki. Помимо этого, на российском рынке представлена продукция корейского производителя Hyundai Heavy Industries Среди российских производителей можно отметить ОАО «Дивногорский завод низковольтной аппаратуры», ОАО «ЧЭАЗ», г. Чебоксары, ОАО «Электроаппарат», г. Курск, ОАО «Контактор», г. Ульяновск.

Под время-токовой характеристикой подразумевается зависимость времени срабатывания от отношения тока, протекаемого через выключатель I, к номинальному току автомата In. Очевидно, что при возникновении угрозы безопасности автоматический выключатель должен срабатывать быстро. Но всегда ли быстрое срабатывание — это хорошо?

Представим себе идеальный автоматический выключатель должен срабатывать мгновенно при небольшом превышении номинального тока. Но, если бы такой выключатель можно было создать, он был совершенно бесполезен из-за постоянных ложных срабатываний. При включении-выключении любого электрического прибора в сети неизбежно возникают экстратоки коммутации. Ток при пуске электродвигателя намного выше, чем в устоявшемся режиме. При включении блока питания происходит значительный всплеск потребляемого тока из-за процесса зарядки сглаживающих конденсаторов. Во многих современных приборах включение-выключение нагрузки постоянно происходит во время работы. Если бы время задержки было равно нулю, выключатель срабатывал при любой коммутации нагрузки. В то же время, при очень высоких токах по соображениям безопасности практически мгновенно обесточить потребителя электроэнергии.

Это противоречие в современных автоматических выключателях решается путем применения расцепителей одновременно двух видов — тепловых и электромагнитных. Тепловые расцепители срабатывают, если сила тока, протекающего через автоматический выключатель, длительное время превышает 1,45 In. Они предотвращают перегрев электрических проводов, который приводит к разрушению изоляции. Электромагнитные расцепители защищают от короткого замыкания. Они срабатывают практически мгновенно при силе тока, которая превышает In в 3 — 20 раз, в зависимости от типа время-токовой характеристики. Данный параметр называется током мгновенного расцепления.

Классификация защитных автоматов по время-токовой характеристике

Согласно ГОСТ Р 50345-2010, защитные автоматы для бытового и аналогичного применения (небольшой офис, небольшое производство) делят, в зависимости от время-токовой характеристики, на типы B, C и D. Существуют и некоторые другие типы время-токовых характеристик, также обозначаемые буквами, например, A. Но они или выведены из обращения в связи с моральным устареванием, или же предназначены для узкоспециализированных применений.

ГОСТ Р 50345-2010 определяет защитные автоматы с время-токовой характеристикой типа B как имеющие ток мгновенного расцепления свыше 3In до 5In включительно, типа С — свыше 5In до 10Inвключительно, типа D — свыше 10In до 20In включительно. Под мгновенным расцеплением в данном случае понимается разрыв цепи питания менее, чем за 0,1 с.

Также время срабатывания при определенных условиях может быть связано с номинальным током автомата, а не с его типом. Например, при длительном действии тока до 1,13In включительно защитный автомат не должен срабатывать. При действии тока 1,45In расцепление должно происходить за время менее 1 ч при номинальном токе автомата до 63 А включительно и менее 2 ч при номинальном токе автомата более 63 А. Когда через автомат протекает ток силой 2,55In, то время срабатывания составляет от 1 до 60 с при номинальном токе до 32 А включительно и от 1 до 120 с при номинальном токе свыше 32 А. Обратите внимание, что для тока величиной 2,55In нормируются не только максимальное, но и минимальное время срабатывания.

Типичные время-токовые характеристики защитных автоматов типов B, C и D

Тип D используется крайне редко. В основном защитные автоматы с такой характеристикой ставят там, где используются очень мощные электродвигатели. Например, в отдельно стоящих коттеджах, где есть мощные водяные насосы и системы централизованного кондиционирования. Иногда автоматы с время-токовой характеристикой D используются в качестве вводных для обеспечения селективности. В подавляющем большинстве проектов приходится выбирать между время-токовыми характеристиками B и C.

Время-токовая характеристика типа B рекомендуется для электроприборов, представляющих из себя нагрузку с преимущественно активной составляющей. Это могут быть лампы накаливания, всевозможные обогреватели, электропечи для приготовления еды. Также приборы, которые подключаются к защитному автомату типа B, не должны иметь больших пусковых токов. Согласно сложившейся практике, к защитным автоматам типа B часто подключают и люминесцентные светильники.

Время-токовая характеристика типа C рекомендуется для электроприборов, которые представляют собой нагрузку с ярко выраженной реактивной или нелинейной составляющей, либо имеющих значительные пусковые токи. К ним относятся светодиодные лампы и светильники, всевозможные бытовые устройства с электромоторами, аппаратура с импульсными блоками питания, компьютерная техника.

Оптимальный вариант — использование с данным типом нагрузки защитного автомата со специально предназначенной для нее время-токовой характеристикой. Но это можно практически реализовать, если нагрузка подключается к защитному автомату посредством неразъемного соединения, либо розетка расположена таким образом, что к ней можно подключить только один вид нагрузки. Но в реальности более распространен вариант, когда есть розетка, в которую могут быть включены самые разнообразные устройства. Поэтому приходится выбирать защитные автоматы такого типа, который бы наилучшим образом подходил к разнообразной нагрузке.

Уже существующая проводка

Лет 20 тому назад устройства с импульсными блоками питания были еще редкостью, а светодиодные лампы и светильники вообще не выпускались серийно. Поэтому в подавляющем числе жилых помещений и офисов использовались защитные автоматы типа B. При выборе сечения проводки в первую очередь учитывается то, чтобы даже на самом дальнем конце при коротком замыкании ток был достаточен для срабатывания защитного автомата. Зачастую это требование обуславливает большее сечение проводки, чем требуется для данной максимальной мощности нагрузки. Поскольку автоматы с время-токовой характеристикой типа B срабатывают при токах 3In – 5In, благодаря их использованию удается немного уменьшить сечение проводки.

В современных условиях автоматы типа B могут демонстрировать частые ложные срабатывания. Наиболее характерный пример из реальной практики — замена люминесцентных светильников в помещении на светодиодные. Средний потребляемый ток уменьшается в несколько раз, но ранее установленные защитные автоматы, спокойно выдерживавшие нагрузку люминесцентных светильников, начинают срабатывать при включении светодиодного освещения из-за значительно больших пусковых токов.

Для светодиодного освещения предпочтительно использование время-токовой характеристики типа C

Проблема обычно «лечится» заменой автоматов типа B на автоматы типа C. Но просто так вынуть одни автоматы в щитке и установить вместо них другие нельзя — может возникнуть ситуация, что при коротком замыкании автомат типа C не сработает. Нужно обследовать состояние проводки, найти самый дальний ее конец и определить сопротивление короткого замыкания. А еще лучше — в дополнение к осмотру состояния проводки найти документацию на проект и провести ее всесторонний анализ. Естественно, всем этим должен заниматься опытный квалифицированный специалист.

В том случае, если замена автоматов типа B на автоматы типа C невозможна по соображениям безопасности, придется ограничить использование приборов, вызывающих ложное срабатывание защиты. Или же заменить проводку.

Новая проводка

При создании новых проектов можно изначально закладывать в них применение автоматов типа C. При этом выбирается соответствующее сечение проводки, чтобы автомат надежно срабатывал при коротком замыкании даже на самом дальнем ее конце.

Некоторые производители поставляют в свободную продажу только автоматы с характеристикой типа C, а если нужна характеристика типа B, то такой автомат доступен только по предзаказу. Или оставляют возможность выбора время-токовой характеристики только в самых дорогих линейках продукции. Определенные преимущества в этом смысле имеют автоматические выключатели Easy9 производства Schneider Electric. Продукция этой линейки отличается оптимальным соотношением цена/качество. Более того, в ней есть защитные автоматы типов B и C номиналами от 6 до 63 А (1-4 полюсные). Причем тип B реально купить без предзаказа. Тем не менее, и в наше время нужны защитные автоматы не только типа С, но и типа B, о чем пойдет речь далее.

Автоматические выключатели линейки Easy9 производства Schneider Electric доступны потребителям в вариантах с время-токовой характеристикой типов B и C

Проводка в квартире или коттедже может быть новой, но само здание расположено в районе со старой, изношенной инфраструктурой. В таком случае применение автоматов типа C приведет к проблемам с энергоснабжением не только у вас, но и у соседей. Вот почему в любом случае крайне желательно проконсультироваться о допустимых типах время-токовых характеристик защитных автоматов у вашего поставщика электроэнергии.

Для стационарного электрического водонагревателя предпочтительно использование время-токовой характеристики типа B, даже если у вас новая проводка

Действующие правила обязывают устанавливать отдельные защитные автоматы для стационарных нагревателей воды, а также мощных систем электрообогрева здания. Поскольку в данном случае один защитный автомат обслуживает только одно устройство, а нагрузка носит исключительно активный характер, есть смысл использовать защитный автомат типа B, даже если вы проложили новую проводку. В результате значительно повышается безопасность.

Следует отметить, что в современной высококачественной бытовой технике, благодаря применению специальных технологий, пусковые токи значительно меньше, чем были раньше, даже если используется импульсный блок питания. Поэтому, если вы оснастили квартиру или коттедж только современной техникой, можно сделать выбор в пользу защитных автоматов типа B. При этом можно повысить надежность энергоснабжения, реализовав принцип селективного отключения. Он заключается в том, что из-за задержки по времени в срабатывании вышестоящего защитного автомата относительно нижестоящего предотвращается отключение питания по всему коттеджу или по всей квартире. Самый экономичный способ реализации селективной защиты — поставить вводной автомат типа С, а в качестве нижестоящих использовать автоматы типа B.

Выбор время-токовой характеристики защитного автомата должен диктоваться только объективными условиями. Тот факт, что автоматы типа C сейчас используются гораздо чаще, чем автоматы типа B, господствовавшие в прошлом, не означает, что тип C «лучше» или «более продвинутый». Это просто два разных типа для разных условий, но технологический уровень их исполнения одинаков, что подтверждает, например, ассортимент недорогих модульных устройств линейки Easy9 компании Schneider Electric. Вне зависимости от того, какой тип время-токовой характеристики у автоматического выключателя — B или C, знаменитое качество Schneider Electric гарантируется.

При выборе автоматического выключателя основным параметром считается номинальный ток. Но, наряду с ним, есть еще такой параметр как время-токовая характеристика.