Выбор автоматического выключателя виды и характеристики автоматов

Время-токовая характеристика (ВТХ)

При помощи такого графического отображения можно получить наглядное представление, при каких условиях будет активирован механизм отключения питания цепи (см. рис. 2). На графике, в качестве вертикальной шкалы отображается время, необходимое для активации АВ. Горизонтальная шкала показывает соотношение I/In.

Допустимое превышение штатного тока, определяет тип время-токовых характеристик для расцепителей в приборах, производящих автоматическое выключение. В соответствии с действующими нормативом (ГОСТ P 50345-99), каждому виду присваивается определенное обозначение (из латинских литер). Допустимое превышение определяется коэффициентом k=I/In, для каждого вида предусмотрены установленные стандартом значения (см. рис.3):

• «А» – максимум – троекратное превышение;
• «В» – от 3 до 5;
• «С» – в 5-10 раз больше штатного;
• «D» – 10-20 кратное превышение;
• «К» – от 8 до 14;
• «Z» – в 2-4 больше штатного.

Заметим, что данный график полностью описывает условия активации соленоида и термоэлемента (см. рис.4).

Учитывая все вышесказанное, можно резюмировать, что основная защитная характеристика у АВ обусловлена время-токовой зависимостью.

Перечень типовых время-токовых характеристик.

Определившись с маркировкой, перейдем к рассмотрению различных типов приборов, отвечающих определенному классу в зависимости от характеристик.

Тепловая защита АВ этой категории активируется, когда отношение тока цепи к номинальному (I/In) превысит 1,3. При таких условиях отключение произойдет через 60 минут. По мере дальнейшего превышения номинального тока время отключения сокращается. Активация электромагнитной защиты происходит при двукратном превышении номинала, скорость срабатывания – 0,05 сек.

Данный тип устанавливаются в цепях не подверженных кратковременным перегрузкам. В качестве примера можно привести схемы на полупроводниковых элементах, при выходе из строя которых, превышение тока незначительное. В быту такой тип не используется.

Характеристика «B»

Отличие данного вида от предыдущего заключается в токе срабатывания, он может превышать штатный от трех до пяти раз. При этом механизм соленоида гарантированно активируется при пятикратной нагрузке (время обесточивания – 0,015 сек.), термоэлемент – трехкратной (на отключение понадобиться не более 4-5 сек.).

Такие виды устройств нашли применение в сетях, для которых не характерны высокие пусковые токи, например, цепи освещения.

Характеристика «C»

Это наиболее распространенный тип, его допустимая перегрузка выше, чем у двух предыдущих видов. При пятикратном превышении штатного режима срабатывает термоэлемент, это схема, отключающая электропитание в течение полутора секунд. Механизм соленоида активируется, когда перегрузка превысит норму в десять раз.

Данные АВ рассчитаны на защиту электроцепи, в которой может возникнуть умеренный пусковой ток, что характерно для бытовой сети,  для которой характерна смешанная нагрузка. Покупая устройство для дома, рекомендуется остановить свой выбор на этом виде.

Характеристика «D»

Для АВ такого типа характерны высокие перегрузочные характеристики. А именно, десятикратное превышение нормы для термоэлемента и двадцатикратное для соленоида.

Применяются такие приспособления в цепях с большими пусковыми токами. Например, для защиты пусковых устройств асинхронных электродвигателей. На рисунке 9 показано два прибора этой группы (a и b).

Характеристика «K»

У таких АВ активация механизма соленоида возможна при превышении токовой нагрузки в 8 раз, и гарантированно произойдет, когда будет двенадцати кратная перегрузка штатного режима (восемнадцати кратное для постоянного напряжения). Время отключения нагрузки не более 0,02 сек. Что касается термоэлемента, то его активация возможна при превышении 1,05 от штатного режима.

Сфера применения – цепи с индуктивной нагрузкой.

Характеристика «Z»

Данный тип отличается небольшим допустимым превышением штатного тока, минимальная граница – двух кратная от штатной, максимальная – четырех кратная. Параметры срабатывания термоэлемента, такие же, как и у АВ с характеристикой К.

Этот подвид применяется для подключения электронных приборов.

Характеристика «MA»

Отличительная особенность этой группы – не используется термоэлемент для отключения нагрузки. То есть прибор предохраняет только от КЗ, этого вполне достаточно, чтобы подключить электрический двигатель. На рисунке 9 показано такое приспособление (с).

Из чего состоит автомат?

Обычный автомат состоит из следующих элементов:

• Ручка взвода. С помощью неё можно произвести включение автомата после его срабатывания или же отключить, чтобы обесточить цепь.
• Механизм включения.
• Контакты. Обеспечивают соединение и разрыв цепи.
• Клеммы. Подключаются к защищаемой сети.
• Механизм, срабатывающий по условию. Например, биметаллическая тепловая пластина.
• Во многих моделях может присутствовать регулировочный винт, для корректировки номинального значения силы тока.
• Дугогасительный механизм. Присутствует на каждом из полюсов прибора. Представляет собой небольшую камеру, в которой размещены омедненные пластины. На них дуга гасится и сходит на нет.

В зависимости от производителя, модели и назначения, автоматы могут оснащаться дополнительными механизмами и устройствами.

Ток штатной работы

Этот параметр описывает максимально допустимое значение для штатного режима работы, при его превышении будет активировано срабатывание системы отключения нагрузки. На рисунке 1 показано, где отображается это значение (в качестве примера взята продукция компании IEK).

Иногда на линию устанавливают автомат с номинальной мощностью значительно более низкой, чем необходимо для гарантированного сохранения работоспособности электрического кабеля.

Снижать номинал выключателя целесообразно, если суммарная мощность всех устройств в цепи значительно меньше, чем способен выдержать кабель. Это происходит, если исходя из соображений безопасности, когда уже после монтажа проводки часть приборов была удалена с линии.

Тогда уменьшение номинальной мощности автомата оправдано с позиции его более быстрого реагирования на возникающие перегрузки.

Например, при заклинивании подшипника электродвигателя, ток в обмотке резко увеличивается, но не до значений короткого замыкания. Если автомат среагирует быстро, то обмотка не успеет оплавиться, что спасет двигатель от дорогостоящей процедуры перемотки.

Также используют номинал меньше расчетного по причинам жестких ограничений на каждую цепь. Например, для однофазной сети на входе в квартиру с электроплитой установлен выключатель 32 A, что дает 32 * 1,13 * 220 = 8,0 кВт допустимой мощности. Пусть при выполнении разводки по квартире были организованы 3 линии с установкой групповых автоматов номинала 25 A.

Допустим, что на одной из линий происходит медленное возрастание нагрузки. Когда потребляемая мощность достигнет значения равного гарантированному расцеплению группового выключателя, на остальные два участка останется только (32 – 25) * 1,45 * 220 = 2,2 кВт.

Это очень мало относительно общего потребления. При такой схеме распределительного щитка входной автомат будет чаще отключаться, чем устройства на линиях.

Поэтому чтобы сохранить принцип селективности, нужно поставить на участки выключатели номиналом в 20 или 16 ампер. Тогда при таком же перекосе потребляемой мощности на другие два звена будет приходиться суммарно 3,8 или 5,1 кВт, что приемлемо.

Рассмотрим возможность установки выключателя с номиналом 20A на примере выделенной для кухни отдельной линии.

К ней подсоединены и могут быть одновременно включены следующие электроприборы:

• Холодильник, номинальной мощностью 400 Вт и стартовым током в 1,2 кВт;
• Две морозильные камеры, мощностью 200 Вт;
• Духовка, мощностью 3,5 кВт;
• При работе электрической духовки разрешено дополнительно включить только один прибор, самые мощный из которых – электрочайник, потребляющий 2,0 кВт.

Двадцатиамперный автомат позволяет более часа пропускать ток с мощностью 20 * 220 * 1,13 = 5,0 кВт. Гарантированное отключение меньше чем за один час произойдет при пропуске тока в 20 * 220 * 1,45 = 6,4 кВт.

При одновременном включении духовки и электрочайника суммарная мощность составит 5,5 кВт или 1,25 части от номинала автомата. Так как чайник работает недолго, то отключения не произойдет. Если в этот момент включатся в работу холодильник и обе морозильные камеры, то мощность составит уже 6,3 кВт или 1,43 части номинала.

Это значение уже близко к параметру гарантированного расцепления. Однако вероятность возникновения такой ситуации крайне мала и длительность периода будет незначительна, так как время работы моторов и чайника невелико.

Возникающего при запуске холодильника стартового тока, даже в сумме со всеми работающими устройствами, будет недостаточно для срабатывания электромагнитного расцепителя. Таким образом, в заданных условиях можно использовать автомат на 20 A.

Единственный нюанс заключается в возможности увеличения напряжения до 230 В, что разрешено нормативными документами. В частности ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) определяет стандартное напряжение равным 230 В с возможностью использования 220 В.

Сейчас в большинство сетей электричество подают напряжение 220 В. Если же параметр тока приведен к международному стандарту 230 В, то можно пересчитать номиналы в соответствии с этим значением.

Устройство механизма отключения

В автоматах имеется элемент, производящий разрыв электрической цепи при критических значениях тока. Их принцип работы может быть основан на разных технологиях:

• Электромагнитные приборы. Отличаются большой скоростью реакции на короткое замыкание. При действии токов недопустимой величины срабатывает катушка с сердечником, который, в свою очередь, отключает цепь.
• Тепловые. Основной элемент такого механизма — биметаллическая пластина, которая начинает деформироваться под нагрузкой токов большой силы. Выгибаясь, оказывает физическое воздействие на элемент, разрывающий цепь. Примерно по такой же схеме работает электрический чайник, который способен отключаться сам при закипании воды в нем.
• Существуют также и полупроводниковые системы размыкания цепи. Но в бытовых сетях используются они крайне редко.

Различаются приборы по характеру срабатывания на излишне высокое значение тока. Существуют 3 наиболее популярных типа автоматов — B, C, D. Каждая литера означает коэффициент чувствительности прибора. Например, автомат типа D имеет значение от 10 до 20 xln. Как это понимать? Очень просто — чтобы понять диапазон, при котором способен сработать автомат, нужно умножить цифру рядом с литерой на значение.

Автомат типа B имеет значение от 3 до 5 xln. Стало быть, маркировка B16 означает срабатывание при токах от 48 до 80А.

Но самый распространённый тип автоматов — С. Используется практически в каждом доме. Его характеристики — от 5 до 10 xln.

Параметры автоматических выключателей

Для обеспечения правильного выбора номинала устройств отключения необходимо понимание принципов их работы, условий и времени срабатывания.

Рабочие параметры автоматических выключателей стандартизированы российскими и международными нормативными документами.

В конструкцию выключателя входят два элемента, которые реагируют на превышение силой тока установленного диапазона значений:

• Биметаллическая пластина под воздействием проходящего тока нагревается и, изгибаясь, надавливает на толкатель, который разъединяет контакты. Это “тепловая защита” от перегрузки.
• Соленоид под воздействием сильного тока в обмотке генерирует магнитное поле, которое давит сердечник, а тот уже воздействует на толкатель. Это “токовая защита” от короткого замыкания, которая реагирует на такое событие значительно быстрее, чем пластина.

Типы устройств электрической защиты обладают маркировкой, по которой можно определить их основные параметры.

Тип времятоковой характеристики зависит от диапазона уставки (величины силы тока при которой происходит срабатывание) соленоида. Для защиты проводки и приборов в квартирах, домах и офисах используют выключатели типа “C” или, значительно менее распространенные – “B”. Особенной разницы между ними при бытовом применении нет.

Тип “D” используют в подсобных помещениях или столярках при наличии оборудования с электродвигателями, которые имеют большие показатели пусковой мощности.

Существует два стандарта для устройств отключения: жилой (EN 60898-1 или ГОСТ Р 50345) и более строгий промышленный (EN 60947-2 или ГОСТ Р 50030.2). Они отличаются незначительно и автоматы обоих стандартов можно использовать для жилых помещений.

По номинальному току стандартный ряд автоматов для использования в бытовых условиях содержит приборы со следующими значениями: 6, 8, 10, 13 (редко встречается), 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.

K = I / In.

Резкий обрыв вниз графика при достижении значения коэффициента диапазона от 5 до 10 единиц, обусловлен срабатыванием электромагнитного расцепителя. Для выключателей типа “B” это происходит при значении от 3 до 5 единиц, а для типа “D” – от 10 до 20.

При K = 1,13 автомат гарантированно не отключит линию в течение 1 часа, а при K = 1,45 – гарантированно отключит за это же время. Эти величины утверждены в п. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010.

Чтобы понять, за какое время сработает защита, например, при K = 2, необходимо провести вертикальную линию от этого значения. В результате получим, что согласно приведенному графику, отключение произойдет в диапазоне от 12 до 100 секунд.

Столь большой разброс времени обусловлен тем, что нагрев пластины зависит не только от мощности проходящего через нее тока, но и параметров внешней среды. Чем выше температура, тем быстрее срабатывает автомат.

Под данным термином подразумевается условия срабатывания термоэлемента. Эти данные можно получить из соответствующего время-токового графика.

Условные обозначения

Разные типы автоматов маркируются по-своему для быстрой идентификации и выбора нужного для конкретной цепи или её участка. Как правило, все производители придерживаются одного механизма, который позволяет унифицировать изделия под многие отрасли и регионы. Разберём подробнее нанесённые на автомат знаки и цифры:

• Бренд. Обычно в верхней части автомата ставится логотип производителя. Практически все они стилизованы определенным образом и имеют свой фирменный цвет, поэтому выбрать изделие своей любимой компании будет несложно.
• Окошко индикатора. Показывает текущее состояние контактов. Если возникла неисправность в автомате, то по нему можно определить есть ли напряжение в сети.
• Тип автомата. Как уже описывалось выше, означает характеристику отключения при токах, значительно превышающих номинальный. Чаще в быту используются C и чуть реже B. Отличия типов электрических автоматов B и C не так существенны;
• Номинальный ток. Показывает значение силы тока, который может выдержать длительную нагрузку.
• Номинальное напряжение. Очень часто данный показатель имеет два значения, написанных через «слэш». Первый — для однофазной сети, второй — для трехфазной. Как правило, в России используется напряжение в 220 В.
• Предельный ток выключения. Означает максимально допустимый ток короткого замыкания, при котором автомат отключится без выхода из строя.
• Класс токоограничения. Выражается в одной цифре или же отсутствует совсем. В последнем случае принято считать номер класса 1. Данная характеристика означает время, на которое ограничивается ток короткого замыкания.
• Схема. На автомате можно встретить даже схему подключения контактов с их обозначениями. Находится она практически всегда в верхней правой части.

Таким образом, взглянув на фронтальную часть автомата, можно сразу установить, к какому типа тока он предназначен и на что способен.

При выборе защитного прибора все же одной из главных характеристик считается именно номинальный ток. Для этого нужно определить, какую силу тока требует совокупность всех устройств потребителей в доме.

А так как электричество течёт по проводам, то от его сечения зависит необходимая для нагревания сила тока.

Наличие полюсов также играет немаловажную роль. Чаще всего применяется такая практика:

• Один полюс. Цепи с приборами освещения и розетками, к которым будут подключаться простые приборы.
• Два полюса. Применяется для защиты проводки, проведённой к электроплитам, стиральным машинкам, отопительным приборам, водонагревателям. Также может устанавливаться в качестве защиты между щитом и помещением.
• Три полюса. Используется преимущественно в трехфазных цепях. Это актуально для промышленных или же околопромышленных помещений. Небольшие мастерские, производства и им подобные.

Тактика установки автоматов происходит от большего к меньшему. То есть сначала монтируется, например, двухполюсной, затем однополюсной. Далее идут устройства с мощностью, уменьшающейся на каждом шаге.

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.

Несколько советов по выбору автомата

• При выборе стоит ориентироваться не на электроприборы, а на проводку, так как именно её будут защищать автоматические выключатели. Если она старая, то рекомендуется заменить её, чтобы можно было использовать наиболее оптимальный вариант автомата.
• Для таких помещений, как гараж, или на время проведения ремонтных работ стоит выбрать автомат с номинальным током побольше, так как различные станки или сварочные аппараты имеют довольно большие показатели силы тока.
• Имеет смысл комплектовать весь набор защитных механизмов от одного и того же производителя. Это поможет избежать несоответствия номинальных токов между приборами.
• Приобретать автоматы лучше в специализированных магазинах. Так можно избежать покупки некачественной подделки, которая может привести к плачевным последствиям.

Категории токоограничения

Этот термин используется для описания способности АВ произвести отключение цепи до того, как ток КЗ в ней станет максимальным. Приспособления выпускаются с токоограничением трех категорий, в зависимости от времени отключения нагрузки:

1. 10 мс. и больше;
2. от 6 до 10 мс;
3. 2,5-6 мс.

Соответственно, чем выше категория, тем меньше электропроводка подвержена нагреву, а значит, снижается риск ее возгорания. На рисунке 6 указанная категория обведена красным овалом.

Заметим, что АВ, относящиеся к первой категории, могут не иметь соответствующей маркировки.

Небольшой лайфхак о том, как выбрать необходимый выключатель для дома

Предложим несколько общих рекомендаций:

• Исходя из всего выше сказанного, нам следует остановить свой выбор на АВ с времятоковой характеристикой «С».
• При выборе штатных параметров необходимо учитывать планируемую нагрузку. Для вычисления следует воспользоваться законом Ома: I=Р/U, где Р – мощность цепи, U – напряжение. Рассчитав силу тока (I), выбираем номинал АВ по таблице, представленной на рисунке 10.
  

  

  Расскажем, как пользоваться графиком. Допустим, произведя расчет силы тока нагрузки, мы получили результат – 42 А. Следует выбрать автомат, где это значение будет в зеленой зоне (рабочей области), это будет номинал – 50 А. При выборе также следует учитывать, на какую силу тока рассчитана проводка. Допускается подбирать автомат исходя из этого значения, при условии, что суммарная сила тока нагрузки будет меньше расчетного тока для проводки.

• Если планируется установка УЗО или автомата дифференцированного тока, необходимо обеспечить заземление, в противном случае эти устройства могут работать некорректно;
• Лучше отдать предпочтение изделиям известных брендов, они надежней и служат дольше китайской продукции.

До недавнего времени были широко распространены фарфоровые предохранители с плавкими элементами. Они хорошо подходили для однотипной нагрузки советских квартир. Сейчас число бытовых приборов стало намного больше, в результате чего вероятность получения возгорания со старыми предохранителями возросла.

При определении данного параметра выключателя следует руководствоваться простым правилом. Если планируется обезопасить участки цепи с устройствами, имеющими незначительное энергопотребление (например, приборами освещения), то лучше оставить свой выбор на однополюсном автомате (чаще класса B или C). Если планируется подключение сложного бытового устройства, обладающего существенной мощностью потребления (стиральная машина, холодильник), то следует устанавливать двухполюсной автомат (класса C, D).

Как правило, к тому времени, когда планируется осуществить подключение автомата, проводка в комнату уже подведена. Исходя из сечения жил и типа металла (медь или алюминий) можно определить максимальную мощность. К примеру, для медной жилы в 2,5 мм2 эта величина составляет 4–4,5 кВт. Но проводку часто подводят с большим запасом. Да и расчет стоит делать до начала выполнения всех монтажных работ.

В этом случае потребуется значение о том, какая суммарная мощность будет использоваться всеми приборами. Всегда возможен вариант их одновременно включения. Так, на обычной кухне, часто используются такие приборы:

• холодильник – 500 Вт;
• электрический чайник – 1700 Вт;
• микроволновая печь – 1800 Вт

Суммарная нагрузка составляет 4 кВт и для нее хватит автомата на 25 A. Но всегда есть потребители, которые включаются эпизодически и могут создать факторы, способствующие срабатыванию выключателя. Такими устройствами могут быть комбайн или миксер. Поэтому следует брать автомат с запасом в 500–1200 Вт.

Поскольку мощность в однофазных сетях равна произведению напряжения на силу тока, то и ток легко определить как частное от мощности и напряжения. Для вышеприведенного примера эту величину легко вычислить, зная, что напряжение в сети составляет 220 В. Величина потребляемого тока составляет 18,8 A. Учитывая запас в 500–1200 В, она составит 20,4–23,6 A.

Для того чтобы работа не прекращалась даже при таких кратковременных превышениях нагрузки, номинальную силу тока для автомата можно взять равной 25 A. Приблизительно такому же значению соответствует и номинал, исходя из медного кабеля с сечением 2,5 мм2, которого хватит с запасом для такой нагрузки.

Этот параметр определяется по специальной таблице, в которой перечислены пусковые токи и время их протекания. Например, для бытового холодильника кратность пускового тока составляет 5. При мощности в 500 Вт, рабочий ток составляет 2,2 A. Величина пускового тока составит 2,2*7 = 15,4 A. Данные о периодичности берутся также по специальной таблице.

Таблица № 1. Пусковые токи и длительности импульсов для бытовых приборов

устройство	кратность тока пускового тока	длительность импульса пускового тока, с
лампы накаливания	5–13	0,05–0,3
люминесцентные лампы	1,05–1,1	0,1–0,5
компьютеры, телевизоры	5–10	0,25–0,5
бытовая техника, офисная техника	до 3	0,25–0,5
холодильники, кондиционеры, насосы	3–7	1–3

Для выбранного устройства эта характеристика не превышает 3 с. Выбор становится очевидным: для такого потребителя необходимо брать автоматический выключатель типа B. Допустимо делать выбор автомата по мощности нагрузки. Можно пропустить последний этап, остановив свой выбор на выключателе класса B. Для бытовых нужд чаще всего бывают достаточными характеристики электрических выключателей класса B и C.