Время токовая характеристика для предохранителей и выключателей

Время токовая характеристика

Электрический ток обладает одной отличительной чертой: он способен протекать только по замкнутому контуру. Если же эту цепь разорвать, то его действие сразу прекращается. Это свойство нашло воплощение в работе максимальных токовых защит, основанных на использовании предохранителей и автоматических выключателей.

Они подбираются таким образом, чтобы могли длительное время выдерживать номинальное значение протекающего через них тока. Этим обеспечивается надёжность электроснабжения потребителей. В то же время предохранители и автоматические выключатели обладают защитными функциями: во время возникновения аварийных режимов в контролируемой схеме они разрывают проходящий через них опасный ток.

При этом в комплексе учитываются два фактора:

1. величина протекающего тока нагрузки
2. продолжительность его воздействия

Плавкая вставка предохранителя перегорает от теплового воздействия, созданного проходящим по ней током.

Автоматический выключатель тоже учитывает температурный перегрев схемы и размыкает свои силовые контакты за счет работы теплового расцепителя. В то же время в его составе имеется еще одно устройство — электромагнитный расцепитель, который реагирует на превышение электромагнитной энергии, возникающей даже в импульсном режиме.

Подробнее про устройство, принцип действия и особенности эксплуатации автоматических выключателей и предохранителей рассказано здесь:

О работе всех этих устройств судят по определенным техническим характеристикам, которые принято называть время токовыми потому, что они точно определяют время срабатывания защит, учитывая его зависимость от кратности превышения тока аварийного режима относительно номинального состояния.

Время токовая характеристика (ВТХ) выражает графиками в декартовых координатах. По оси ординат располагают время, отсчитываемое в секундах, а абсцисс — отношение протекающего тока аварийного режима I к номинальной величине Iн коммутационного аппарата.

Для чего создается защитная характеристика у плавкой вставки

В целях правильной работы предохранителя внутри электрической схемы необходимо учитывать его:

• технические возможности
• условия проверок
• назначение

Основные параметры защитной характеристики предохранителя

График срабатывания предохранителей при различных токах выражается кривой линией, разделяющей рабочее пространство координат на две части:

1. рабочую область, в которой плавкая вставка остается целой и надежно обеспечивает протекание тока по защищаемой схеме
2. зону протекания токов предельного отключения, в которой происходит разрыв электрической цепи

Первая часть на графике показана светло-зелёным цветом, а вторая выделена бежевым.

Защитная характеристика плавкой вставки предохранителя

Защитная характеристика у плавкой вставки лежит на границе этих двух зон. В пространстве рабочих токов предохранитель остается целым, а при увеличении их значений выше критического состояния перегорает.

Зона токов предельного отключения опасна для оборудования и должна быть отключена максимально быстро.

Защитная характеристика плавкой вставки выражает продолжительность отрезка времени от начала создания аварийного режима до момента его отключения, представленную в зависимости к превышения величины опасного тока над номинальным значением предохранителя.

Плавкая вставка характеризуется тремя видами токов:

1. номинальным, который она способна выдерживать практически неограниченное время
2. минимальным испытательным, под действием которого может проработать более одного часа
3. максимальным испытательным, которое вызывает ее перегорание менее чем за один час

Плавкая вставка предохранителя защищает подключенную к ней схему от двух видов аварийных режимов:

1. перегрузов повышенными нагрузками, которые отключаются с задержкой
2. коротких замыканий — КЗ, требующих максимально быстрой ликвидации

Все эти режимы и виды токов учитываются при выборе предохранителя и плавкой вставки. Для этого разработаны математические соотношения, преобразованные графиками и таблицами в удобной форме.

Как создается защитная характеристика предохранителя

Плавкая вставка способна работать защитой только один раз. После этого она сгорает. Поэтому ее характеристику можно создать только косвенным путем.

Для этого на заводе выбирают случайным образом определённое количество образцов из каждой партии готовой продукции. Их используют для проведения дальнейших электрических испытаний под действием различных токов. По их результатам составляют таблицы и графики, которые позволяют судить о качестве выпущенной серии предохранителей.

Назначение защитной характеристики предохранителя

Плавкая вставка оценивается электрическими параметрами для решения чисто практической задачи: обеспечения правильного ее выбора по рабочим и защитным свойствам.

Для этого учитывают:

• величину рабочего напряжения схемы, в которой должен работать предохранитель
• предельный отключаемый ток у плавкой вставки, способный ее разорвать (отключить)
• значение номинального тока предохранителя с учетом коэффициентов его нагрузки и отстройки от перегрузок.

Без использования защитной характеристики плавкой вставки правильно выбрать предохранитель для его надежной работы в электрической схеме невозможно.

Как работает время токовая характеристика у автоматического выключателя

На выбор время токовой характеристики оказывают влияние:

• конструктивные особенности встроенных защит
• конфигурация выбранного графика

Влияние конструкции защит автомата на форму его характеристики срабатывания

Обеспечением защитных свойств в автоматическом выключателе занимаются два встроенных устройства, работающие по принципам реле прямого действия. Они расцепляют силовые контакты автомата при превышении номинальных значений по критериям ограничения:

1. тепловой нагрузки
2. электромагнитного воздействия

Биметаллическая пластина теплового расцепителя воспринимает нагрев проводов обмотки. При его превышении она изгибается, выводя из удержания узел сцепления.

Принцип работы теплового расцепителя

Под действием усилия натяжения пружины поворачивается освобожденное от удержания подвижное коромысло, а его силовые контакты разрывают цепь питания.

У электромагнитного расцепителя отключение силовых контактов происходит за счет выбивания удерживающего рычага пружины ударом толкателя, которое происходит под воздействием тока аварийного режима.

Принцип работы электромагнитного расцепителя

В отличие от предохранителя с перегораемой плавкой вставкой оба этих устройства созданы для многоразового использования. Они позволяют оперативно восстанавливать отключения схемы после предотвращения ненормальных ситуаций.

Работа теплового расцепителя и электромагнитной отсечки входит в алгоритм отключения автоматического выключателя и комплексно учитывается при его срабатывании во время токовой характеристике.

Поскольку температура окружающей среды и биметаллической пластины влияют на скорость работы защит, то все измерения принято проводить при +30 градусах Цельсия.

График время токовой характеристики для автоматического выключателя представляет собой сложную линию, выделенную буквами АВС. Верхний участок АВ соответствует работе теплового расцепителя, а его нижняя часть ВС — электромагнитной отсечке.

Время токовая характеристика автоматического выключателя

Время токовая характеристика, основные параметры графика

Учет влияния температуры

В отличие от защитной характеристики плавкой вставки предохранителя у автоматического выключателя график ВТХ представлен двумя линиями:

1. верхней, учитывающей срабатывание защит непосредственно из холодного состояния +30 О С
2. нижней, созданной после повторного включения, когда конструкция автомата не успела остыть

Зона между этими двумя крайними графиками выделена цветом. При работе автоматического выключателя следует учитывать, что он может находиться где-то внутри показанной зоны. В этом случае время отключения аварийных токов несколько сокращается в прогретом состоянии и увеличивается в холодном. За счет этого создается разброс параметров срабатывания.

Температура конструктивных элементов может оказывать значительное влияние на время срабатывания автомата. Особенно актуальным это становится при проведении электрических проверок, требующих нескольких измерений. Для их повторов необходимо обеспечивать время на остывание защит до +30 градусов.

Деление ВТХ на зоны

Автоматические выключатели строго разделяют по зонам время токовой характеристики для выделения эксплуатационных областей:

• внутри первой должно обеспечиваться надежное протекание рабочих токов
• а во второй — происходить отключения аварийных режимов

Линия токов условного нерасцепления

С целью обозначения первой области на оси абсцисс графика выбрано значение 1,13 I/I ном. Его называют точкой условного нерасцепления. Ниже этих токов отключение автоматического выключателя не должно происходить.

При ее достижении автоматические выключатели с номинальным значением токов до 63 ампер должны отключаться через 1 час, а с большими номиналами — через два.

Время токовая характеристика автоматического выключателя

Местоположение точки условного расцепления в обязательном порядке указывается на графике ВТХ.

Линия токов условного расцепления

Точка на оси абсцисс с величиной 1,45 I/I ном — это второе граничное значение зоны токов условного расцепления и нерасцепления силовых контактов.

Время токовая характеристика автоматического выключателя

Точка 1,45 I/I ном характеризует токи условного расцепления, она тоже обозначается на всех графиках ВТХ. При достижении подключенной к автомату нагрузки такой величины он должен отключиться за время:

• меньшее, чем 1 час, если его номинал до 63 ампер
• не дольше двух часов, когда номинальный ток превышает эту величину в 63 ампера

Вышеприведённый график показывает, что у выбранного автоматического выключателя время отключения аварийного режима из холодного состояния составляет 1 час, а при его нагреве может уменьшиться вплоть до 40 секунд.

Практическое применение параметров ВТХ

Анализ использования время токовой характеристики автоматических выключателей по токам условного расцепления силовых контактов позволяет учитывать длительность протекания перегрузок в подключенной электрической схеме. Это важно делать потому, что они могут повредить оборудование.

Например, при выборе автомата с номиналом на 16 ампер и нахождении его в холодном состоянии ток условного расцепления в 1,45∙16=23,2 ампера будет действовать на подключенную электропроводку в течение одного часа. Этого времени вполне достаточно для того, чтобы перегреть изоляцию медных проводов сечением 1,5 мм кв и вывести ее из строя, создать условия для возникновения пожара. А случаи защиты таких жил, да и алюминиевых на 2,5 мм кв, подобными автоматами еще часто встречаются на практике.

Чтобы исключить подобные ситуации рекомендуется внимательно анализировать время токовую характеристику автоматических выключателей применительно к подключенной к ним нагрузке. Для облегчения их выбора создана таблица соответствия номинальных токов и площадей поперечного сечения медных жил кабелей и проводов.

Таблица выбора автоматических выключателей по номинальному току и сечению жил кабельной линии

Производители автоматических выключателей всю свою продукцию проверяют на соответствие с принятыми стандартами. Основные требования к автоматам изложены в ГОСТ Р 50345—2010. Однако на некоторых участках время токовые характеристики у каждого завода могут незначительно отличаться. Эту особенность необходимо учитывать при выборе определенной модели и ее проверках.

Типы время токовых характеристик автоматических выключателей

Защиты автоматов могут создаваться с различным назначением для условий эксплуатации. По этим показателям графики их ВТХ обладают разными границами срабатывания по времени. Это позволяет их отстраивать по селективности, избегать ложных отключений оборудования. Автоматические выключатели выпускаются для бытового или промышленного использования.

Виды время токовых характеристик автоматических выключателей

Бытовые автоматы классифицируют тремя группами В, С и D:

1. класс В предназначен для защиты протяженных линий и систем освещения. Кратность токов для его срабатывания лежит в пределах 3÷5 Iном
2. класс С защищает розеточные группы или оборудование, создающее умеренные пусковые токи. Кратность токов 5÷10 Iном
3. класс D применяют для защиты потребителей, обладающих повышенными пусковыми токами, например, трансформаторов или станков с мощными асинхронными электродвигателями. Кратность токов 10÷20 Iном

Автоматические выключатели типа В являются более чувствительными. Ими принято защищать оконечные потребители внутри квартир и домов. А в качестве вводного автомата лучше устанавливать те, которые относятся к типу С.

Качество состояния электропроводки и величина сопротивления петли фаза-ноль может влиять на выбор автоматического выключателя. Старая изоляция с высоким содержанием токов утечек и завышенными показателями петли способны ухудшить условия срабатывании автомата типа С или привезти к его отказу. В таких ситуациях применяют класс В.

Промышленные автоматы классифицируют тремя группами:

1. класс L — более 8 Iном
2. класс Z — более 4 Iном
3. класс K — более 12 Iном

Среди производителей стран Европы встречаются модели автоматов с классом А, который имеет границу кратности токов 2÷3 Iном.

Все эти особенности необходимо учитывать при выборе конструкции автоматического выключателя и его проверках. Автоматы, обозначенные одним и тем же номиналом, в зависимости от типа время токовой характеристики, обладают разными временами срабатывания.

Время-токовая характеристика «С» автоматических выключателей

Для автомата существует несколько важных характеристик, по которым выбирают автомат для разных нагрузок. Одна из них характеристика срабатывания автоматических выключателей.

На графике№1 показаны различие время токовых характеристик 3 -х основных групп автоматов

Кривая характеристики показывает, как время срабатывания автомата меняется от величины отношения тока через контакты автомата к номинальному его значению. Линия зависимости отображается графически. Например, автоматы одного номинала при разных характеристиках кривых автоматических выключателей имеют разное время отключения.Также на графике №1 отмечены прямоугольниками зоны действия тепловой защиты и электромагнитной защиты автоматов.

Предельная отключающая способность (ПКС).

Этот термин обозначает максимально допустимое значение нагрузки, при котором прибор сможет разомкнуть цепь без потери работоспособности. На рисунке 5 данная маркировка обозначена красным овалом.

Читать далее: Насосная станция для дачи рейтинг моделей советы по выбору

Рис. 5. Прибор компании Шнайдер Электрик

Автоматический выключатель характеристика B

Этот график отражает зависимость времени срабатывания всех видов защиты автомата от проходящего по нему величины тока. По оси X отображается кратность предельного тока к номинальному току – величина (I/In). По оси Y отображается время в секундах.

На графике изображены две линии кривая времени срабатывания тепловой защиты устройств автоматических выключателей) и кривая срабатывания электромагнитной защиты. Линии внизу графика отображают горячее состояние автомата, наверху показывают холодное его состояние. Пунктиром обозначены верхние значения автоматов до 32 А. Все графики составлены для рабочей температуры автоматических выключателей +30°С.

График №2 Время токовые характеристики для группы B с током превышения номинального тока в 3 – 5 раз

На графике №2 видно, что проходящий ток автомата 3ln, и он отключается через время 0, 02 сек. в подогретом состоянии, а отключается за 32 секунды в не разогретом виде, в случае автомата до 32 А, автомат выше 32А отключится за 78 сек. При токе через автомат в 5In отключение происходит за 0,01 сек. для горячей линии и за 0,03 сек. для холодного автомата.

Характеристика автомата B используется для защиты чисто активной нагрузки. Это – электропечи, освещение, обогреватели. Чтобы соблюдать селективность автоматических выключателей в складах, домах и магазинах на вводе используют автомат характеристики C, для вторичных линий освещения, бытовых электроприборов с характеристикой В, с меньшим током пуска.

Как работает автоматический выключатель

Главная задача автоматического выключателя (автомата) — это улавливание чрезмерных токов в электросети, и мгновенное её обесточивание

Неважно, к какой категории относится автоматический выключатель, он должен уметь быстро обесточить электросеть и предотвратить тем самым повреждение кабелей

Поэтому главной функцией автоматического выключателя, является:

• Срабатывание в случае перегрузки электросети. Здесь все достаточно просто, и если в сети возникнет чрезмерно большая нагрузка, например, из-за большого количества подключённых электроприборов в доме, автоматический выключатель должен сработать и обесточить домашнюю электросеть. Если этого не произойдёт, и автомат не справится со своей задачей, то может загореться электропроводка в доме;
• Среагировать на сверхток, вызванный коротким замыканием электропроводки. Здесь все, также понятно. В случае замыкания, электропроводка подвергается сильному нагреву, а там где тонко, как известно, там и рвётся, поэтому, если автомат не сработает, возможно, повреждение и возгорание электропроводки.

Следует знать, что каждый автоматический выключатель рассчитан на разную силу тока. Время срабатывания автомата, зависит от величины перегрузки электросети. Если это короткое замыкание, то автоматический выключатель сработает мгновенно, буквально за считанные секунды. Если величина перегрузки не слишком большая, то автомат и электропроводка могут греться часами.

Что касается конструкции автоматического выключателя и его принципа работы, то в основе лежит биметаллическая пластина, через которую проходит электрический ток. Если он слишком большой величины, на которую автомат не рассчитан, то пластина начинает греться, что в итоге и приводит к срабатыванию автоматического выключателя.

Автоматы «В» и «С» — в чем разница, категории автоматических выключателей

Тех людей, которые занимаются модернизацией домашней электросети, часто интересует вопрос о том, чем именно отличаются автоматические выключатели категории «В» и «С», ведь именно они, чаще всего, устанавливаются в бытовых сетях. Главное отличие автоматов «В» и «С» в чувствительности электромагнитного расцепителя.

Буквы А, В, С, D и K, Z — как раз и указывают на характеристики расцепителя установленного в автоматическом выключателе:

А — автоматические выключатели данной категории имеют самую высокую чувствительность. Если номинальный ток на линии где будет установлен автомат категории «А» превысит 30%, то автоматический выключатель отключится.

В — автоматы этой категории срабатывают при превышении нагрузки по номинальному току в 3-5 раз. Автоматические выключатели категории «В» предназначены для установки в электросетях с отсутствием или с минимальным пусковым током (электродвигатели и т. д.). Простыми словами говоря, автоматы категории «В», более чувствительны к проходящему току, и при запуске мощных электродвигателей могут сработать.

С — автоматические выключатели стандартного типа с ещё большей перегрузочной способностью, чем у автоматов «В» класса. Их выключение происходит в том случае, если номинальный ток, проходящий через автомат, станет в 5-10 раз выше. Время срабатывания автомата категории «С», порядка 1,5 секунды. Такие автоматы предназначены для обеспечения защиты электросетей общего назначения.

Автоматы категории D, редко используются в быту. Чаще всего эти автоматические выключатели применяются в электросетях с большими пусковыми нагрузками. Ну и последние категории автоматов, это «K» и «Z», они используются в специальных целях, например, для защиты линий к которым подключены электронные устройства.

Автоматические выключатели характеристика С

Все автоматы характеристики С имеют большее значение кратности тока к номиналу – I/In, относительно автоматов с характеристикой В, кратность от 5 до 10In. Смотрим на графике №3, при токе 5In автомат отключается в течении 0,02 секунды в разогретом виде, и за 11 сек. для холодного автомата ниже 32 ампер, и через 27 сек. отключение произойдет для автомата выше 32 А.

График №3 Время токовые характеристики для группы автоматов С

Проходящий ток в 10In вызовет отключение через 0,01 сек. для горячей линии и 0,027 сек. для холодной. С такой характеристикой автоматы устанавливают в защите двигателя с не большими пусковыми токами, для освещения, в офисах, домах, квартирах, подсобных помещениях.

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.

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.

Характеристика D автоматического выключателя

Смотрите график №4. Проходящий ток в 10In вызовет отключение через 0,015 сек. горячего режима, и за 3 сек. для холодного режима и автоматов ниже 32 ампер и 8 секунд в холодном режиме автомата выше 32 ампер. Когда ток достигает 20In, автомат сработает за 0,008 сек. в подогретом виде и 0,018 – в холодном.

График №4 Время токовые характеристики для автоматов группы D

Применение этих автоматов находит в случаях тяжелых пусков с большими пусковыми токами или с частными запусками. На всех графиках показан широкий диапазон кривых, которые обусловлены большим расхождениям параметров автоматов. Эти параметры зависят от наружной температуры и температуры автомата, зависящей от значения проходящего через него тока.

Когда величина I/Iн≤1 меньше или соответствует номинальному току то, время выключения автомата будет бесконечно. Также на графике видно, что чем значительнее ток относительно номинальной величине, тем быстрее сработает автомат.

Рабочие характеристики

К числу основных параметров автоматических выключателей, полностью характеризующих их функциональные возможности, принято относить:

• номинальный ток (штатный режим);
• предельную отключающая способность прибора (ПКС);
• характеристики по токоограничению;
• параметры срабатывания электромагнитной защиты по току.

Отдельно рассматриваются температурные характеристики, под которыми понимаются условия отключения теплового расцепителя.

Ток штатного режима – это величина, при которой автомат может работать сколько угодно долго без отклонений параметров от заданной нормы. Это значение отображается на корпусе прибора сразу вслед за буквой, определяющей его время-токовые характеристики. Предельная отключающая способность автомата – это максимальное значение тока, при котором он может срабатывать без потери функциональности. Величина ПКС указывается на корпусе АВ сразу под время-токовой характеристикой и номиналом.

Категория по ограничению тока характеризует способность отключать аварийную линию до момента достижения током предела по перегрузу. Для различных приборов этот параметр принимает следующие значения:

• первая категория – 10 миллисекунд (мс) и более;
• вторая категория – от 6-ти до 10-ти мс;
• третья категория – 2,5-6 мс.

Чем выше категория по токоограничению у данной модели, тем меньше риск перегрева проводов и возникновения аварийного возгорания. На лицевой панели параметр указывается под значком ПКС.

Советы по выбору автоматического выключателя

Автомат выбирают на основе определенных характеристик, многие из которых можно узнать по маркировке на передней панели.

Кроме разобранных характеристик, следует знать и другие нюансы выбора. Например, перед покупкой автомата обязательно рассчитывают его мощность и выбирают нужное количество полюсов.

Подробнее о расчете и подборе автоматического выключателя написано в этой статье.

Рацепители автоматов и их защитные характеристики

Автоматы предназначены для проведения тока в нормальных режимах, редких включений и отключений, вручную или дистанционно, номинальных токов электрических нагрузок, а также автоматического отключения (защиты) электрической сети или отдельного электроприёмника при перегрузках, коротких замыканиях, понижении напряжения и других аномальных режимах. Это основной защитный аппарат в сетях с напряжением до 660 В.

На рис. 75 приведена упрощенная конструктивная схема универсального автомата переменного тока с комбинированным расцепителем (электромагнитный и тепловой). Автомат показан во включенном состоянии, отключающая пружина 3 взведена и стремится под действием силы пружины F1 разомкнуть контакты 2, 12. Этому препятствует механизм свободного расцепления 4 и защелка 10. Система рычагов 4 в реальных автоматах имеет более сложное устройство. Во включенном состоянии между подвижным контактом 2 и неподвижным 12 действует сила прижима F2 за счёт сжатой контактной пружины 11. В нормальном режиме, когда сила тока не больше номинального, ток нагрузки I_Н протекает последовательно от неподвижных контактов 12 к подвижным контактам 2, через гибкий токоподвод, затем через нагревательный элемент теплового расцепителя 9 и через катушку электромагнитного расцепителя 8. Включение автомата произведено вручную поворотом рукоятки 5 по ходу часовой стрелки. В некоторых типах автоматов имеется электромагнит дистанционного включения 6. На рисунке показана одна фаза контактной системы. В трехфазном автомате три группы контактов и столько же тепловых и электромагнитных расцепителей, воздействующих на общую планку и общий механизм свободного расцепления 4. Если сила тока не превышает номинального значения, то усилия втягивания электромагнита 8 недостаточно, и он не воздействует на механизм свободного расцепления. Электромагнит втягивается только при больших токах отсечки равных

При токе, не превышающем номинальное значение, нагревательный элемент нагревает биметаллическую пластину 9, которая изгибается и выбирает зазор до касания с общей планкой и не воздействует на механизм свободного расцепления. Биметаллическая пластина состоит из двух сваренных металлических пластин с разными коэффициентами линейного расширения.

Если в защищаемой цепи произойдёт КЗ или сила тока превышает ток отсечки I_ОТС, электромагнитный расцепитель воздействует на механизм свободного расцепления 4, рычаги складываются в шарнирах вверх и выбивают защёлку 10. Под действием пружины 3 подвижная часть переходит в крайнее левое положение, главные контакты 2, 12 размыкаются, между ними загорается дуга, которая гасится в дугогасительной камере 1.

Если в цепи произойдёт длительная перегрузка и сила тока превышает номинальное значение, то нагревательный элемент нагреет биметаллическую пластину 9 до более высокой температуры и её величины изгиба будет достаточно для воздействия на механизм свободного расцепления и отключения автомата. Чем больше сила тока, тем быстрее нагревается пластина и меньше время отключения автомата.

Кроме того, на рис. 75 показан электромагнит дистанционного отключения 7, который применяется у некоторых типов автоматов. Основным недостатком

тепловых расцепителей является их деформация с течением времени и снижение точности срабатывания.

Дугогасительное устройство должно обеспечивать гашение дуги в малом объёме при отключении номинальных и больших токов короткого замыкания. Широкое распространение в автоматах переменного тока получили дугогасительные камеры типа «дугогасительная решётка», которая состоит из нескольких металлических пластин. С их помощью происходит разделение дуги на ряд последовательно соединенных коротких дуг, что улучшает охлаждение, снижает напряжение в столбе дуги и способствует гашению дуги. Для ограничения выброса пламени и ионизированных газов наружу в верхней части автоматов с большими номинальными токами устанавливается пламягасительная решетка. В автоматах со значительными номинальными токами и с большой отключающей способностью для втягивания дуги в дугогасительную камеру применяют дополнительное магнитное и воздушное дутьё.

Основными параметрами автоматов являются: номинальное напряжение U_НА, номинальный ток автомата I_НА, номинальный ток расцепителя I_НР, кратность тока отсечки k_ОТС, предельная коммутационная способность I_ПКС, собственное и полное время отключения и др.

Расцепитель – это элемент автомата, контролирующий определённый параметр (ток, напряжение) защищаемой цепи. При отклонении этого параметра от заданного значения, расцепитель воздействует на механизм свободного расцепления, отключая тем самым главные контакты. Аварийными режимами являются: короткое замыкание, сопровождающееся протеканием тока, многократно превышающего расчётный ток сети и перегрузка, которая сопровождается сравнительно длительным протеканием тока, превышающего расчётный (номинальный) ток расцепителя на 25 – 50% и более.

В автоматах на сравнительно небольшие токи для защиты от КЗ чаще всего применяется электромагнитный расцепитель, а для защиты от перегрузок тепловой расцепитель (автоматы с комбинированным расцепителем).

Защитные характеристики

Защитная характеристика это зависимость времени срабатывания автомата от силы тока (время – токовая характеристика). В автоматах общего применения в зависимости от типа расцепителей могут быть четыре типа защитных характеристик.

Зависимая от тока характеристика времени срабатывания (рис. 76). Такую характеристику имеют автоматы только с тепловым расцепителем, применяются для защиты от перезрузок, из–за недостаточного быстродействия, в основном в однофазном исполнении для бытовых сетей, где токи КЗ невелики и составляют (300 – 500) А.

Независимая от тока характеристика времени срабатывания

(рис. 77). Такую характеристику имеют автоматы с электромагнитным или полупроводниковым расцепителем. Применяются для защиты только от КЗ. При превышении тока I_ОТС автомат срабатывает с выдержкой времени – 1 в селективном исполнении или без выдержки времени – 2.

Ограниченно – зависимая двухступенчатая характеристика (рис. 78). Автомат имеет либо тепловой и электромагнитный (комбинированный) расцепитель либо полупроводниковый. I – зона защиты от перегрузок, II – зона защиты от КЗ. Отключение с выдержкой времени – 1 и без выдержки времени – 2.

Трёхступенчатая характеристика (рис. 79) создаётся полупроводниковым расцепителем.

I – зона защиты от перегрузок, зависимая характеристика. II – зона защиты при удалённых КЗ, когда I_ОТС1<I_КЗ<I_ОТС2, селективное отключение с выдержкой времени.

III – зона защиты близких КЗ, когда I_КЗ>I_ОТС2, мгновенное срабатывание.

Лекция № — Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Автоматический выключатель (автомат) — это коммутационный аппарат предназначенный для защиты электрической сети от сверхтоков, т.е. от коротких замыканий и перегрузок.

Определение «коммутационный» означает, что данный аппарат может включать и отключать электрические цепи, другими словами производить их коммутацию.

Автоматические выключатели бывают с электромагнитным расцепителем защищающим электрическую цепь от короткого замыкания и комбинированным расцепителем — когда дополнительно с электромагнитным расцепителем применяется тепловой расцепитель защищающий цепь от перегрузки.

Примечание: В соответствии с требованиями ПУЭ бытовые электросети должны быть защищены как от коротких замыканий, так и от перегрузки, поэтому для защиты домашней электропроводки следует применять автоматы именно с комбинированным расцепителем.

Автоматические выключатели делятся на однополюсные (применяются в однофазных сетях), двухполюсные (применяются в однофазных и двухфазных сетях) и трехполюсные (применяются в трехфазных сетях), так же бывают четырехполюсные автоматические выключатели (могут применяться в трехфазных сетях с системой заземления TN-S).

Автоматический выключатель предназначен для защиты кабелей и проводов подключенной к нему линии, а также электроприборов от короткого замыкания и перегрузки.

Устройство автоматического выключателя

В конструкцию автоматического выключателя входит:

1.Корпус автоматического выключателя.
Он изготовлен из ПХВ пластика пониженного горения. Имеет специальные крепления для монтажа

2.Рычаг управления.
Рычаг управления предназначен для включения- отключения автоматического выключателя, а следовательно участка цепи, на котором он установлен.

3.Клеммы для подключения питающего провода и провода отходящего на участок цепи.

4.Силовые контакты.

5.Механизм взвода и расцепления.
Взаимосвязан с рычагом управления.

6.Электромагнитный расцепитель.
Он обеспечивает защиту от короткого замыкания (представлен в виде электромагнита с подвижным сердечником, который работает как толкатель и срабатывает при токах короткого замыкания.

7.Тепловой расцепитель.
Обеспечивает защиту от перенагрузки цепи, которую защищает автомат. ( Представляет собой биметаллическую пластину, которая при заданных токах изгибается и приводит в действие механизм расцепителя.

8.Дугогасительная камера.
Благодаря ей происходит гашение дуги, которая образуется при размыкании контактов. Здесь же имеется канал для отвода газов.

9.Регулировочный винт теплового расцепителя.
Он обеспечивает регулировку тока срабатывания теплового расцепителя.

Принцип работы автоматического выключателя

При включении рычага управления происходит взвод механизма , а также коммутация контактов.

Ток протекает от питающего провода, который подключен к зажиму автомата. Далее к неподвижному контакту, через подвижный контакт, катушку электромагнита (соленоида), биметаллическую пластину и через нижний винтовой зажим на нагрузку.

Если возникло короткое замыкание за выключение нагрузки отвечает электромагнитный расцепитель. При коротком замыкании ток в цепи мгновенно возрастает. Ток,протекающий через катушку расцепителя естественно тоже возрастает. В катушке возникает сильное магнитное поле, приводящее в движение якорь, который надавливает на рычаг спускового механизма, что приводит к его срабатыванию и отключению нагрузки.

Следует отметить, что электромагнитное поле возникает мгновенно, поэтому автомат успевает отключиться до появления нежелательных последствий.

Во время размыкания контактов возможно возникновение дугового разряда. Дуга направлена в сторону дугогасительной камеры. При попадании в камеру дуга разделяется, завлекается внутрь её и затухает.

Продукты горения дуги и избыточное давление сбрасываются через специальное отверстие в корпусе автомата.

Тепловой расцепитель отвечает за защиту от перегрузки . При превышении тока свыше номинального происходит нагрев биметаллической пластины. Она начинает изгибаться и надавливает своим кончиком на рычаг спускового механизма. Так происходит отключение автомата.

В отличие от электромагнитного расцепителя тепловой расцепитель более медлителен и не способен срабатывать за долю секунды.

Маркировка и характеристики автоматических выключателей.

ВА47-29 — тип и серия автоматического выключателя

Номинальный ток — максимальный ток электрической сети при котором автоматический выключатель способен длительно работать без аварийного отключения цепи.

Номинальное напряжение — максимальное напряжение сети на которое рассчитан автоматический выключатель.

ПКС — предельная отключающая способность автоматического выключателя. Данная цифра показывает максимальный ток короткого замыкания который способен отключить данный автоматический выключатель сохранив при этом свою работоспособность.

В нашем случае ПКС указан 4500 А (Ампер), это значит что при токе короткого замыкания (к.з.) меньшем, либо равном 4500 А автоматический выключатель способен разомкнуть электрическую и остаться в исправном состоянии, в случае если ток к.з. превысит данную цифру возникает возможность оплавления подвижных контактов автомата и их привариванию друг к другу.

Характеристика срабатывания — определяет диапазон срабатывания защиты автоматического выключателя а так же время за которое это срабатывание происходит.

Например в нашем случае представлен автомат с характеристикой «C» его диапазон срабатывания от 5·I_н до 10·I_н включительно. (I_н— номинальный ток автомата), т.е. от 5*32=160А до 10*32+320, это значит что наш автомат обеспечит мгновенное отключение цепи уже при токах 160 — 320 А.

4. Выбор автоматического выключателя

Выбор автомата осуществляется по следующим критериям:

— По количеству полюсов: одно- и двухполюсные применяются для однофазной сети, трех- и четырехполюсные — в трехфазной сети.

— По номинальному напряжению: Номинальное напряжение автоматического выключателя должно быть больше либо равно номинальному напряжению защищаемой им цепи:

U_{ном. АВ}⩾ U_{ном. сети}

— По номинальному току: Определить необходимый номинальный ток автоматического выключателя можно одним из четырех следующих способов:

1. С помощью нашего калькулятора расчета автомата по мощности.
2. С помощью нашего калькулятора расчета автомата по сечению кабеля.
3. С помощью следующей таблицы:

1. Рассчитать самостоятельно по следующей методике:

Номинальный ток автоматического выключателя должен быть больше либо равен расчетному току защищаемой им цепи, т.е. тому току на который рассчитана данная электрическая сеть:

I_{ном. АВ}⩾ I_{расч. сети}

Расчетный ток электрической сети (I_{расч. сети}) можно определить с помощью нашего онлайн калькулятора, либо рассчитать его самостоятельно по формуле:

I_{расч. сети}=P_сети/(U_сети*K)

где: P_сети — мощность сети, Ватт; U_сети — напряжение сети (220В или 380В); K — коэффициент (Для однофазной сети: K=1; Для трехфазной сети: K=1,73).

Мощность сети определяется как сумма мощностей всех электроприемников в доме:

P_сети=(P₁+ P₂…+ P_n)*К_с

где: P₁, P₂, P_n — мощности отдельных электроприемников; К_с — коэффициент спроса (К_с=от 0,65 до 0,8) в случае если в сеть подключается всего 1 электроприемник или группа электроприемников которые включаются в сеть одновременно К_с=1.

В качестве мощности сети так же можно принять максимальную разрешенную к использованию мощность, например из технических условий, проекта или договора электроснабжения при их наличии.

После расчета тока электросети принимаем ближайшее большее стандартное значение номинального тока автомата : 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А и т.д.

ПРИМЕЧАНИЕ: Кроме описанного выше способа существует возможность упрощенного расчета автоматического выключателя, для этого необходимо:

1. Определить мощность сети в килоВаттах (1 килоВатт=1000Ватт) по формуле приведенной выше:

2. Определить ток сети умножив рассчитанную мощность сети на коэффициент перевода (К_п) равный: 1,52 -для сети 380 Вольт или 4,55 — для сети 220 Вольт:

I_сети=P_сети*К_п, Ампер

3. На этом все. Теперь как и в предыдущем случае полученное значение тока сети округляем до ближайшего большего стандартного значения номинального тока автомата.

И в завершении выбираем характеристику срабатывания (см. таблицу характеристик выше). Например если нам нужно поставить автомат для защиты электропроводки всего дома выбираем характеристику «C», если электроосвещение и розеточная группа разделены на два разных автомата, то для освещения можно установить автомат с характеристикой «B», а на розетки — с характеристикой «C», если необходим автомат для защиты электродвигателя — выбираем характеристику «D».

Приведем пример расчета: Имеется дом в котором есть следующие токоприемники:

• Стиральная машина мощностью 800 Ватт (Вт) (что равно 0,8кВт)
• Микроволновая печь — 1200Вт
• Электродуховка — 1500 Вт
• Холодильник — 300 Вт
• Компьютер — 400 Вт
• Электрочайник — 1200Вт
• Телевизор — 250Вт
• Электроосвещение — 360 Вт

Напряжение сети: 220 Вольт

Коэффициент спроса примем равным 0,8

Тогда мощность сети будет равна:

Переводим P_сети из Ватт в килоВатты, для этого полученное значение мощности делим на 1000:

Определяем ток сети по упрощенной схеме с помощью коэффициента перевода:

Округляем полученное значение тока до ближайшего большего стандартного значения номинального тока автомата. Выбираем автоматический выключатель с номинальным током 25 Ампер и характеристикой «C».

Категории автоматических выключателей и сфера применения

Электричество окружает нас повсеместно, на работе приводит в движение производственное оборудование и офисную технику, в быту дарит нам уют и комфорт, делает доступными все блага цивилизации. Однако, выходя из-под контроля, этот мощный источник энергии несет опасность здоровью и жизни человека, сохранности имущества, в частности неисправная электропроводка или электрооборудование могут оказаться причиной пожара. Например, чрезмерные токи сопутствующие короткому замыканию ведут к перегреву и возгоранию изоляции электрического кабеля, то же происходит при длительном многократном превышении нагрузки.

Для того чтобы обезопасить электрическую сеть от критических токовых нагрузок Правилами устройства электроустановок в обязательном порядке предписано использование вводных автоматов, обеспечивающих защитное отключение. Автоматические выключатели устанавливаются в распределительных щитах, как правило, это автоматы модульного типа, устанавливаемые на DIN-рейку. В качестве вводного автомата может использоваться:

• трехполюсный выключатель, если заведено трехфазное напряжение;
• одно- или двухполюсный автомат для однофазного питания.

Подключение токовых нагрузок производится посредством однофазных автоматических выключателей меньшего номинала.

Устройство автоматического выключателя и его характеристики

Главным назначением вводных защитных приборов является отключение внутренней электрической сети при значениях потребления тока, превышающих его номинальные значения. Такие ситуации возникают в двух случаях:

• при перегрузках в защищаемой электрической цепи, вызванных одновременным включением нескольких потребителей большой мощности;
• при коротких замыканиях внутри электроприбора или электропроводке, когда ток в сети достигает сотен ампер.

Это различные ситуации, тем не менее, обе ведут к возгоранию. Полноценную функциональность автоматическому выключателю обеспечивают два независимых механизма – расцепителя, входящих в состав автомата, но работающих по разному принципу.

Защита от превышения номинального тока обеспечивается с помощью теплового расцепителя, реализованного при помощи биметаллической пластины, которая при нагревании меняет свою форму и приводит в движение механизм расцепления.

Электромагнитный расцепитель срабатывает при протекании через его катушку тока КЗ, возникший в соленоиде электромагнитного расцепителя магнитный поток притягивает якорь расцепителя и инициирует разрыв цепи. Время срабатывания электромагнитной защиты составляет сотые доли секунды.

Главными характеристиками модульных автоматических выключателей являются:

• номинальный ток, на который рассчитана работа автомата на протяжении продолжительного периода, лежит в пределах стандартной линейки от 6 до 100А;
• время-токовая характеристика (ВТХ), представляющая собой зависимость времени отключения от величины силы тока, обеспечивающей быстрое расцепление цепи.

В качестве количественного значения ВТХ принимается отношение силы тока к номиналу автомата и показывает, во сколько раз при срабатывании происходит превышение номинальных токов.

Категории автоматов и области применения

Именно время-токовая характеристика легла в основу классификации автоматов, представленной следующими категориями:

• A – представляет собой наиболее чувствительную группу с током срабатывания в 2-3 раза выше номинала, используется в цепях питания полупроводниковых устройств;
• В (3-5 номинала) – используют при активных потребителях (ТЭНы, водонагреватели, электроплиты);
• С (5-10 номиналов) – контролируют питание потребителей с умеренными стартовыми нагрузками (холодильные камеры, сплит-системы);
• D (10-20-номиналов) – защищают питание электроприемников с предельными величинами стартовых нагрузок (электромоторы большой мощности).

Встречаются и более редкие типы К и Z, первые работают на индуктивные нагрузки, вторые защищают электронику, но наиболее востребованы категории B – D.

Смотрите также другие статьи :

По сути РКФ представляет собой электромагнитное реле, с микропроцессорным управлением. Процессор непрерывно контролирует параметры входного напряжения по всем трем фазам и отключает нагрузку, например, в случае пропадания фазы или возникновения асимметрии фазных токов и напряжений.

Выключатель нагрузки представляет собой обыкновенный модульный выключатель, выполненный в корпусе аналогичном автоматическому выключателю и производящий коммутацию электрических линий вручную. Внутри корпуса предназначенного для установки на DIN-рейку расположена мощная контактная группа с одинарным или двойным разрывом цепи.