Tpo-gefest.ru

ТПО Гефест
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Автоматические выключатели. Назначение, разные виды, число полюсов, группы «A», «B», «C», «D»

Автоматические выключатели. Назначение, разные виды, число полюсов, группы «A», «B», «C», «D»

Выключателями называют обширный класс коммутационных аппаратов, способных соединять, разъединять и служить проводниками в электрических цепях в условиях протекания рабочих и аварийных токов.

Именно способность коммутировать повышенные токи, возникающие при отклонениях условий работы электрических сетей от нормального режима, отличает выключатели от других коммутирующих устройств, среди которых:

  • разъединители, предназначенные для коммутации только токов холостого хода;
  • выключатели нагрузки, способные разрывать номинальный рабочий ток электроустановки.

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.

Сработал автоматический выключатель

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.

Тепловой расцепитель (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.

Характеристика автоматических выключателей классов B,C и D

Между собой эти устройства различаются по току мгновенного расцепления. Его величина определяется кратностью тока, проходящего по цепи, к номиналу автомата.

Выбор автоматических выключателей

Выбор автоматических выключателей производится:

  1. по номинальному току,
  2. времятоковой характеристике срабатывания (ВТХ),
  3. отключающей способности, условиям монтажа и эксплуатации.

Правильный выбор характеристики автоматического выключателя является залогом его своевременного срабатывания.

Как правильно выбрать автоматический выключатель смотрите в видео ниже:

Номинальный ток и напряжение

Номинальным током Iн и напряжением Uн автоматического выключателя называют значения тока и напряжения, которые способны выдержать главные токоведущие части выключателя в длительном режиме. Номинальный ток расцепителя Iн.расц может отличаться от номинального тока автомата, поскольку в автомат могут быть встроены расцепители с меньшим номинальным током.

Читайте так же:
Выключатель для триммера mtd электрического

Другой, не менее важной, характеристикой автоматического выключателя является его предельная коммутационная способность (ПКС). ПКС называют максимальное значение тока КЗ, которое выключатель способен включить и отключить несколько раз, оставаясь в исправном состоянии.

Времятоковые защитные характеристики

Автоматические выключатели могут иметь следующие времятоковые защитные характеристики (ВТХ) (рис.6.2) [11]:

  1. зависимую от тока ВТХ. Такие выключатели имеют только тепловой расцепитель и применяются редко вследствие недостаточной ПКС и быстродействия;
  2. независимую от тока ВТХ. Такие выключатели имеют только токовую отсечку, выполненную с помощью электромагнитного или полупроводникового расцепителя, действующего без выдержки или с выдержкой времени;
  3. ограниченно зависимую от тока двухступенчатую ВТХ. В зоне токов перегрузки выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени, в зоне токов КЗ выключатель отключается токовой отсечкой с независимой от тока заранее установленной выдержкой времени (для селективных выключателей) или без выдержки времени (для неселективных выключателей); выключатель имеет либо тепловой и электромагнитный расцепитель (комбинированный), либо двухступенчатый электромагнитный, либо полупроводниковый расцепитель;
  4. трехступенчатую защитную ВТХ. В зоне токов перегрузки выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени, в зоне токов КЗ – с независимой, заранее установленной, выдержкой времени (зона селективной отсечки), а при близких КЗ – без выдержки времени (зона мгновенного срабатывания); зона мгновенного срабатывания предназначена для уменьшения длительности воздействия токов при близких КЗ. Такие выключатели имеют полупроводниковый расцепитель и применяются для защиты вводов в КТП и отходящих линий.

В соответствии со стандартами международной электротехнической комиссии (МЭК) по времятоковым характеристикам срабатывания выключатели бывают трех типов: B, C, D (рис.6.3).

Защитные характеристики автоматических выключателей

  1. зависимая;
  2. независимая;
  3. ограниченно зависимая;
  4. трехступенчатая;
    • с выдержкой времени при КЗ;
    • без выдержки времени при КЗ.

Автоматические выключатели - как выбрать, характеристики, графики защиты

Времятоковые характеристики автоматических выключателей

t – время срабатывания электромагнитного расцепителя, k = I/Iн – кратность тока к номинальному значению.

Тип B – величина тока срабатывания электромагнитного расцепителя кратности k = 3 – 6. Для бытового применения, где ток нагрузки невысокий и ток КЗ может попасть в зону работы теплового, а не электромагнитного расцепителя.

Тип C – величина тока срабатывания электромагнитного расцепителя кратности k = 5 – 10. Для бытового и промышленного применения: для двигателей со временем пуска до 1 с, нагрузок с малыми индуктивными токами (холодильных машин и кондиционеров).

Характеристики автоматических выключателей

Тип D – величина тока срабатывания электромагнитного расцепителя кратности k > 10. Применяется для мощных двигателей с затяжным временем пуска.

Рисунок — Характеристики автоматических выключателей B, C, D, Z, K и S

Тепловые расцепители, используемые в автоматических выключателях, чувствительны к нагреву от посторонних источников. В практике нередко случается, что расцепитель промежуточного полюса при номинальном режиме отключается только из-за нагрева соседних полюсов. Это приводит к ограничению области его работы и к коррекции номинального тока с учетом графика рис.6.4.

Автоматические выключатели - как выбрать, характеристики, графики защиты

Рис.6.4. Зависимость нагрузочной способности АВ при их близком расположении: Кн = I/Iн – коэффициент нагрузки, N – количество автоматических выключателей при их размещении рядом.

Маркировка автоматических выключателей

В маркировках указываются характеристики автоматических выключателей: A, B, C, D. Они означают кратность максимального тока, который кратковременно проходит через предохранитель без отключения. Это также определяет сферу применения устройств и является характеристикой срабатывания автоматического выключателя. Расшифровка следующая:

  • A – срабатывают при токах 1,3 от номинальной его величины, монтируются в сетях, где нет кратковременных перегрузок в нормальном режиме;
  • B – предназначены для установки в домовых, осветительных линиях, срабатывают при превышении тока в 3 и более раз по сравнению с номинальным;
  • C – устройства общепромышленного назначения, отключение осуществляется при пятикратном превышении номинального электротока;
  • D – предназначены для защиты линий, к которым подключены устройства со значительными пусковыми электротоками, отключение – при десятикратном превышении.
Читайте так же:
Внутреннее устройство двухклавишного выключателя

После буквы идет цифра, показывающая номинальный ток модели. Расшифровка маркировки приведена на рисунке:

Маркировка автоматических выключателей
Маркировка автоматических выключателей

Автомат выключатель с отсечкой

На замену плавким предохранителям еще два столетия назад пришли автоматические выключатели. С 1924 года патент на это изобретение принадлежит швейцарской компании Brown , Boveri & Cie .

Преимущества АВ над плавкими вставками:

— плавкий предохранитель выходит из строя после первого своего срабатывания, то есть многократное его использование невозможно, необходима замена сгоревшей плавкой части;

— при использовании в трехфазной цепи, короткое замыкание в одной фазе вызовет перегорание одного предохранителя, в то время как две другие фазы будут продолжать работать. Аварийный режим работы (обрыв фазы) исключается АВ, так как к.з. в одной фазе трехполюсного выключателя приводит к разрыву всей цепи.

Автоматический выключатель (АВ) – это электромеханический коммутационный аппарат, который позволяет включать и отключать питание потребителя при нормальном режиме работы. А так же обеспечивает защиту электрооборудования от токов короткого замыкания и перегрузки (перегревания). Частое отключения в ручном режиме нежелательно, так как АВ имеют заявленное число коммутаций (для этого лучше использовать более дешевые рубильники).

Для того чтобы правильно выбрать автоматический выключатель, необходимо понимать его основные параметры и характеристики:

Номинальный ток автомата ( I н ) – величина тока, на которую АВ рассчитан для длительной нормальной работы. Иногда показатель I н имеет определенный диапазон и регулятор для точной настройки. Например, I н =3 ÷ 5А, это означает, что данный автоматический выключатель можно подстроить на рабочие токи от 3 до 5 А. При превышении указанного значения происходит срабатывание защиты и электрическая цепь разрывается. По нормам, срабатывание должно произойти при силе тока в 1,45 I н .

Тип автоматического выключателя определяет кратковременное значение силы тока, при котором произойдет разрыв цепи. Тип или класс, в основном, определяется для момента включения. При запуске электрооборудования имеют место пусковые токи, которые могут быть огромными. Например, при прямом пуске электродвигателя, начальный ток равен 10-ти номинальным. Основные типы:

— B (кратковременное увеличение тока в 3-5 раз от номинального);
— C (5-10 раз);
— D (10-50 раз).

Время срабатывания (от момента, когда контролируемый параметр стал больше предельного значения, до момента размыкания контактов). АВ по времени срабатывания делятся на:

— нормальные (t=0,02-0,1с);
— быстродействующие (0,005с);
— селективные (предел регулирования времени срабатывания до 1с)

Последние имеют контакты с задержкой на размыкание. Применяются в сложных цепях, селективный АВ устанавливают на входе потребителя большой мощности. После него на разветвлениях цепи стоят автоматы меньшей мощности. Таким образом, при создании аварийной ситуации на участке цепи – выключится лишь отдельное оборудование, а селективность позволит остальной системе остаться работоспособной.

Отключающая способность – это максимальный ток, который может присутствовать кратковременно в цепи, чтобы автоматический выключатель не потерял свою работоспособность (возможно сваривание контактов при превышающих норму токах). Это значение обычно в сотню раз больше рабочего тока. А возникает такой огромный ток при коротком замыкании.

Механизмы расцепления

Тепловая отсечка (длительное влияние тока, превышающего норму) выполняется благодаря пластине, которая состоит из двух разных металлов. У используемых металлов разная тепловая проводимость. Пластина подсоединена последовательно, то есть через нее протекает ток цепи. Когда значение тока номинальное или меньше – автомат остается в замкнутом состоянии. Если же ток превысит нормированное значение, пусть даже на 10% в течении длительного времени, пластина нагреется и изогнется, тем самым, разорвет контакт питающей цепи.

Читайте так же:
Концевой выключатель капота или багажника

Электромагнитное расцепление обеспечивает защиту от больших, резких скачков тока. Эта отсечка выполняется встроенным соленоидом. К примеру, автоматический выключатель рассчитан на ток в 2 А, его тип В, следовательно сработать он должен при токе 10 А. Для этого и служит соленоид. При токах до 10А, он будет неподвижным, а при достижении 10А, соленоид втянется и разомкнет контакт – произойдет выключение автомата.

Строение

На рисунке ниже показаны основные элементы, из которых состоит автоматический выключатель.

1 – соленоид выполняет функцию расцепления при коротком замыкании;
2 – зажимной винтовой контакт для подсоединения провода;
3 – дугогасительная камера рассеивает дугу, которая возникает в следствии коммутации (соединение/разъединение) контактов;
4 – подвижный контакт;
5 – биметаллическая пластина для защиты от перегрузки (длительного повышенного тока).

Функции независимого расцепления (НР), расцепление по нулевому напряжению (НРН) и по минимальному напряжению (МРН) выступают дополнительными, и не включаются в стандартные комплекты поставки (необходимо заказывать сборочные единицы).

Выше показано одно из многочисленных исполнений АВ. Существует широкое их разнообразие. Например, по роду тока, количеству подключаемых фаз, расположению клемм. Но это все конструктив, а мы описываем как это работает.

Обозначение автоматического выключателя на электрической схеме:

Онлайн расчет автоматического выключателя

Выбор по току . Если Вы хотите в квартире, гараже, на даче поставить АВ. Следовательно, проводка уже проложена и ее сечение Вам известно, тогда нужно обратиться к таблице, где указаны сечения проводов и соответствующие для них максимальные токи. Прочесть подробнее о выборе сечения проводника будет полезным для установки автомата.

Например, у меня дома в стенах проложен алюминиевый провод сечением 2,5 мм 2 .

Для открыто проложенного алюминиевого кабеля сечением 2,5мм 2 максимальный ток – 24А. Но, так как он проложен скрытно, его охлаждение будет хуже, чем на открытом воздухе. Для этого выбранное значение умножаем на поправочный коэффициент для скрытой прокладки 0,8.

Максимальный ток, который выдержит проводка:

Автомат предназначен, чтоб обеспечить защиту не только электроприборов, но и для сохранения целостности проводника. Ведь, согласитесь, искать внутри стен, где перегорела проводка – не самое веселое занятие. Потому нужно выбрать автоматический выключатель с номинальным током, ниже, чем у провода. Из стандартного ряда, автомат на 16А будет подходящим и сохранит целостность проводов и приборов.

Выбор по мощности . Если нам необходимо подключить несколько потребителей электроэнергии, и мы знаем лишь их мощность. Две лампочки накаливания на 100Вт и один асинхронный электродвигатель на 2кВт. Напряжение сети – переменное 220В.

Для лампочек накаливания подсчет будет прост, из формулы активной мощности Р= UI , выразим и найдем значение тока:

А вот с электродвигателем существует нюанс. Так как он является не только активной, но и реактивной нагрузкой, косинус фи вносит изменение в наш расчет. Коэффициент мощности указывается на шилдике (табличке) двигателя, но если такой отсутствует, смело принимайте значение 0,7. Итак, ток через двигатель будет равен:

Выбор автоматического выключателя будет по сумме этих токов (14А), но с небольшим запасом. Выбираем , снова таки, 16 амперный автомат.

Для трехфазной сети, выбор автоматического выключателя по мощности осуществляется по формуле:

Маркировка автоматического выключателя

По упомянутой выше цифре можно определить:

  1. Параметры соленоида, встроенного в АВ, то есть на какие токи будет реагировать устройство.
  2. Параметры теплового элемента — биметаллической пластины, которая нагревается при достижении определенного тока, изгибается и разрывает цепочку. Данная з ащита гарантирует своевременное отключение в случае перегруза. Регулировка тока отключения возможна путем поджатия (ослабления) пластинки.
Читайте так же:
Автоматический выключатель с двумя кнопками

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

Сегодня популярны автоматические выключатели со следующими характеристиками:

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

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

  • B — характеристика, которая схожа с рассмотренной выше характеристикой A . Отличие заключается лишь в токе отключения отсечки (электромагнитного расцепителя ). Здесь ток срабатывания не 2 I н ом , а от 3 I н ом и более. Время отключения — 0.015 секунд. Время работы теплового элемента при 3-кратной перегрузке — 4-5 секунд. Гарантия отключения автомата — при токе 5 I н ( для переменного тока) и при токе 7 .5 I н ом (для постоянного тока).

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

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

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

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

Что показано на графике время токовой характеристики

На примере 16-Амперного автомата, имеющего время токовую характеристику C, попробуем рассмотреть характеристики срабатывания автоматических выключателей.

время токовые характеристики автоматических выключателей

На графике можно увидеть, как протекающий через автоматический выключатель ток влияет на зависимость времени его отключения. Кратность тока протекающего в цепи к номинальному току автомата (I/In) изображает ось Х, а время срабатывания, в секундах – ось У.

Выше говорилось, что в состав автомата входит электромагнитный и тепловой расцепитель. Поэтому график можно разделить на два участка. Крутая часть графика показывает защиту от перегрузки (работа теплового расцепителя), а более пологая часть защиту от КЗ (работа электромагнитного расцепителя).

Как видно на графике если к автомату С16 подключить нагрузку 23 А то он должен отключится за 40 сек. То есть при возникновении перегрузки на 45 % автомат отключится через 40 сек.

характеристика срабатывания автоматического выключателя

На токи большой величины, которые могут привести к повреждению изоляции электропроводки автомат способен реагировать мгновенно благодаря наличию электромагнитного расцепителя.

При прохождении через автомат С16 тока 5×In (80 А) он должен сработать через 0.02 сек (это если автомат горячий). В холодном состоянии, при такой нагрузке, он отключится в пределах 11 сек. и 25 сек. (для автоматов до 32 А и выше 32 А соответственно).

Если через автомат будет протекать ток равный 10×In, то он отключается за 0,03 секунды в холодном состоянии или меньше чем за 0,01 секунду в горячем.

К примеру, при коротком замыкании в цепи, которая защищена автоматом С16, и возникновении тока в 320 Ампер, диапазон времени отключения автомата будет составлять от 0,008 до 0,015 секунды. Это позволит снять питание с аварийной цепи и защитить от возгорания и полного разрушения сам автомат, закоротивший электроприбор и электропроводку.

Автоматы с какими характеристиками предпочтительнее использовать дома

В квартирах по возможности необходимо обязательно применять автоматы категории B, которые являются более чувствительными. Данный автомат отработает от перегрузки так же, как и автомат категории С. А вот о случае короткого замыкания?.

Если дом новый, имеет хорошее состояние электросети, подстанция находится рядом, а все соединения качественные, то ток при коротком замыкании может достигать таких величин, что его должно хватить на срабатывание даже вводного автомата.

Ток может оказаться малым при коротком замыкании, если дом является старым, а к нему идут плохие провода с огромным сопротивлением линии (особенно в сельских сетях, где большое сопротивление петли фаза-нуль) – в таком случае автомат категории C может не сработать вообще. Поэтому единственным выходом из этой ситуации является установка автоматов с характеристикой типа В.

Следовательно, время токовая характеристика типа В является определенно более предпочтительной, в особенности в дачной или сельской местности или в старом фонде.

В быту на вводной автомат вполне целесообразно ставить именно тип С, а на автоматы групповых линий для розеток и освещения – тип В. Таким образом будет соблюдена селективность, и где-нибудь в линии при коротком замыкании вводной автомат не будет отключаться и «гасить» всю квартиру.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector