Выключатель автоматический: как выбрать в 9 шагов по науке

Со времен далекой молодости после окончания института в памяти запечатлелась картинка: я у друга в однокомнатной квартире. Мы сидим за шахматами. Его молодая жена шьет рядом.

По комнате бодро ходит малыш. Ему еще нет годика: познает мир. В левой руке какая-то погремушка, в правой — женская шпилька от волос.

И вдруг — ужас! На наших глазах он вставляет эту проволоку в розетку, получает удар током. Мышцы ног мгновенно реагируют: прыжок от стенки метра на полтора. Мальчик падает.

Из розетки вырывается пламя и дым. Знаете, чем все закончилось? Пацан отделался легким испугом, а алюминиевая проводка от розетки до распределительной коробки выгорела полностью. Свет не отключился.

Защиты от короткого замыкания не сработали: автомат заклинило, но пожара не было. Огонь просто погас внутри бетонной стены после того, как отгорел провод. Шпилька успела привариться к контакту розетки.

Вот я и решил написать подробную инструкцию, что такое выключатель автоматический: как выбрать его модуль за 9 шагов поэтапно. Будете выполнять — избавитесь от многих неприятностей.

Содержание статьи

Автоматический выключатель: принцип работы и устройство в картинках

Основное назначение автомата — ликвидировать аварийные ситуации в подключенных токовых цепях. Они бывают двух видов:

  1. Короткие замыкания (КЗ) или “коротец”, как их называют на жаргоне электриков.
  2. Перегрузки.

КЗ возникают за счет подключения к цепям действующего напряжения электрических цепочек с минимальным сопротивлением, которые создают громадные токи, зависящие от мощности питающих источников.

Токи коротких замыканий могут прожигать не только изоляцию воздушной среды во время ее ионизации, но и плавить металл проводки, вызывать
пожар, причинять другие беды.

На принципе управления токов коротких замыканий работают многочисленные сварочные аппараты, люди успешно пользуются ими. Но, внезапно появляющиеся КЗ наносят огромный вред.

Перегрузки опасны тем, что незаметно создают перегрев изоляции, повреждают ее. За счет возникших в ней дефектов появляются опасные токи утечек, которые способны выявить и ликвидировать только УЗО.

Перегрузки тоже являются частой причиной пожаров оборудования.

Конструкция автоматического выключателя состоит из двух раздельных модулей, каждый из которых работает, реагируя преимущественно на КЗ или перегрузку. Это:

  1. Электромагнитная отсечка.
  2. Тепловой расцепитель.

Простая кинематическая схема показывает устройство автоматического выключателя и принцип его работы.

Устройство автоматического выключателя

Электрический ток протекает от сети к нагрузке сквозь замкнутые главные контакты и катушку соленоида отключения. Тепловое воздействие воспринимается биметаллической пластиной, а силовое — сердечником электромагнита.

Биметалл или сердечник в критической ситуации бьют по поворотному рычагу, выколачивая его из зацепления с защелкой, удерживающей главный контакт во включенном состоянии. Под действием сильной отключающей пружины он быстро размыкает электрическую цепь.

Конструктивно все производители реализуют этот принцип по своим разработкам. Поэтому они немного отличаются на всех моделях. Но, общее представление внутреннего устройства дает следующая картинка.

Конструкция автоматического выключателя

Принцип работы электромагнита расцепителя отсечки двумя словами

Когда по обмотке протекает ток, то в ее сердечнике, служащей магнитопроводом, создается магнитное поле.

Если сила тока достигает критической величины, то магнитная энергия выстреливает сердечник, преодолевая натяжение удерживающей пружины. Тогда боек выбивает защелку.

Современный электромагнитный расцепитель имеет небольшие габариты, подключается гибкими проводниками к контактам.

Электромагнитный расцепитель

Тепловой расцепитель автоматического выключателя: насколько просто работает

Конструкция состоит из двух соединенных пластин: сталь и латунь. У них разное линейное расширение: зависимость от температуры. При нагреве биметалл изгибается в одну сторону, а охлаждении — противоположно.

Тепловой расцепитель

Ток проходит по закрепленной на биметаллической пластине обмотке. Во время перегрузки или КЗ биметалл воздействует на поворотный механизм, а тот — отключает автомат, обесточивая подключенные потребители.

Выключатель автоматический: как выбрать по науке и жить в безопасности

Огромное количество производителей и обширный ассортимент их автоматов, предназначенных для разных условий эксплуатации, усложняют выбор их приобретения.

При покупке следует использовать только научный подход, не полагаясь на мнение даже знакомых электриков. С этой целью все ведущие заводы наносят маркировку прямо на корпусе модуля автомата. Привожу пример для Legrand.

Маркировка автоматического выключателя

Выбирать модуль выключателя автоматического нужно минимум по 9 характеристикам:

  1. значению действующего напряжения и форме тока;
  2. числу полюсов;
  3. величине номинального тока защищаемой цепи;
  4. времятоковой характеристике;
  5. мощности нагрузки;
  6. предельной коммутационной способности;
  7. классу токоограничения;
  8. селективности действия;
  9. степени защита корпуса IP.

Вам придется учесть их действие комплексно.

Смотрим напряжение автоматического выключателя: начальный
шаг

Сразу надо обращать внимание на условия надежной работы модуля. Дело в том, что подобные защиты могут создаваться для универсальной работы в цепях постоянного или/и переменного тока.

Примером может служить известная серия советских и российских защит, выпускаемая как автоматический выключатель АП-50.

Автоматический выключатель АП-50

У них бывает разный уровень напряжения. Он не всегда может подойти для надежной работы в конкретной проводке. Надо проверять внимательно.

Отдельные модули могут быть созданы только для эксплуатации в цепях переменного тока.

Напряжение автоматического выключателя

Число полюсов автоматического выключателя: шаг №2

Бытовые автоматы изготавливают для работы в однофазной или трехфазной цепи. На защите ввода при аварии они снимают потенциалы фаз и нуля, полностью обесточивая питающую схему.

У отходящих же линий отключается только потенциал фазы, а ноль остается в работе. Этого вполне достаточно для ликвидации аварии и создания более простой схемы подключения.

Выбор автоматического выключателя по количеству полюсов

Шаг 3: выбор автоматического выключателя по току — скрытые секреты

Нормальная работа автомата требует учитывать 4 значения тока:

  1. Номинальной величины.
  2. Условного нерасцепления.
  3. Условного расцепления.
  4. Длительно допустимого.

Величина номинального тока пишется Iн (In). Она указывается на корпусе, используется как базовое значение для выбора, работы и проверок защиты. Такая нагрузка должна длительно проходить через замкнутые контакты без их отключения.

Током условного нерасцепления называют величину I=1,13×Iн. При такой нагрузке защита не должна отключаться за время меньшее, чем 1 час с номиналом до 63 А и 2 часа — более мощным.

Характеристика условного тока расцепления определяет величину, которая надежно разрывает превышенную нагрузку.

Длительно допустимая величина тока введена для учета температурного состояния проводки без ее чрезмерного нагрева с учетом характеристик токопроводящей способности: вида металла и поперечного сечения.

Выбор автоматического выключателя по току

Все эти величины я привел наглядным графиком для меди.
Можете им воспользоваться при расчете проекта новой проводки. Данные брал из
справочников, а электрическими проверками не занимался.

Если кто-то возьмется за эту работу, то результаты
обязательно опубликую. А проверять надо, ибо с длительно допустимыми токами в
медном проводе 4 и 6 квадрата просматривается интересная закономерность.

С алюминием не стал возиться: в быту он опасен. Тем пользователям, кому интересен этот вопрос, предлагаю сравнить его характеристики с медью по следующей таблице.

Выбор сечения кабеля

Выбор автоматического выключателя при проектировании проводки необходимо проводить по характеристике его номинального тока. Этот анализ осуществляют последовательно за 3 приема:

  1. Расчет тока линии по нагрузке подключенных потребителей.
  2. Выбор номинала модульной защиты по ближайшему значению стандартного ряда величин токов.
  3. Подбор сечений проводников под действующие токовые нагрузки.
Как выбрать автоматический выключатель по номинальному току

Каждая из трех составляющих важна. Допущенные ошибки исправлять сложно. Поэтому каждый этап следует повторно проверять.

Одиночные или групповые потребители, как и однофазная или трехфазная схема питания накладывают свои особенности на расчет тока подключенной линии по собственным формулам. Это наиболее сложная часть анализа.

Шаг 4: времятоковая характеристика выключателя — основа правильного выбора типа конструкции

Нагрузки электрической сети носят случайный либо закономерный
характер. Они всегда меняются при подключении потребителей.

Лампы накаливания и ТЭНы с резистивными сопротивлениями не дают такие эффекты, как включение индуктивных устройств: электродвигателей, дросселей, трансформаторов. Кабельные линии обладают емкостным сопротивлением.

Любое включение прибора связано с созданием апериодических
составляющих, формирующих переходные процессы. Они характеризуются различными бросками токов.

Конструкция автоматического выключателя должна учитывать эти
явления и обеспечивать нормальное электроснабжение потребителей в любой
сложной, изменчивой ситуации.

Под эти требования технически сложно создать простой и надежный автоматический выключатель с универсальным набором возможностей.
Электротехническая наука пошла по другому пути: разделение нагрузок по типам реактивных составляющих и создание модулей защит под каждую.

С этой целью используется времятоковая характеристика выключателя, имеющая 3 типа: B, C и D. Они имеют разные параметры отстроек защиты от токов переходных процессов.

Времятоковая характеристика

На графике по оси абсцисс приведено отношение тока действующей нагрузки к номинальной величине, а ординат — время отключения в
секундах и их долях.

Тип B применяется для потребителей с характерной резистивной нагрузкой: обогреватели, цепи освещения, протяженные линии электропитания.

Тип C используется для смешанных схем с розеточными группами и потребителями, создающими умеренные нагрузки при включении электродвигателей.

Тип D выбирают для потребителей не бытового назначения: силовые трансформаторы и нагрузки с повышенными токами при пусках оборудования.

Если использовать тип B автоматического выключателя для
дома, то он может ложно срабатывать при включениях стиральной или посудомоечной машины, электрических насосов, мощных пылесосов.

Автомат типа D просто не среагирует на опасность, когда она не достигнет величины его уставки, но потребует защиты оборудования от броска тока.

Автоматические выключатели типа С по своим характеристикам лучше всего приспособлены для работы в домашней проводке. Но их настройку все равно необходимо проверять качественно.

Выбор автоматического выключателя по мощности — шаг №5: нужно ли его делать?

Именно вопросу выбора автоматов по мощности нагрузки уделяют много внимания авторы статей для интернет. Поэтому я решил тоже высказать свое
мнение. А ваша задача: учесть или высказаться против.

Вся хитрость в том, что электрические характеристики любых бытовых приборов указываются в ваттах, а защиты маркируются амперами. Никаких
других секретов здесь больше нет.

Блогеры просто переводят нагрузку, выраженную мощностью, через напряжение бытовой сети в ток. Делают это посредством новых таблиц, схем, калькуляторов.

Я предлагаю отказаться от этой идеи, а модуль защиты рассчитывать по току номинальной величины с учетом вольтамперной характеристики. Будет меньше ошибок, да и искать их станет проще. Понимаю, что выбор остается за вами.

Шаг 6: предельная коммутационная способность — критическая характеристика модуля защиты

Исходим из того, что в природе нет контактов, способных выдерживать любые нагрузки. У них всегда есть предел, выше которого они просто сгорают.

Эту величину производитель определяет экспериментально и показывает цифрой внутри прямоугольника.

Предельная коммутационная способность

Обычно модули создаются под токи КЗ до 4,5 либо 6 или 10 килоампер. Когда автомат имеет отличия предельной коммутационной способности (ПКС) для цепей переменного и постоянного тока, то они указываются отдельно. Причем каждой величине приписывается свой символ: « ~ », « — », « ~/- ».

Это значение в принципе зависит от технического состояния электропроводки — ее сопротивления. Оно закладывается в проект, зависит от многих факторов:

  • протяженности магистралей;
  • сечения и качества токопроводящих жил;
  • количества и состояния соединительных контактов;
  • удаленности от питающей трансформаторной подстанции;
  • условий технического обслуживания.

Из практики:

  • У старых зданий с ветхой алюминиевой проводкой ПКС составляет 4500 ампер.
  • Медная электропроводка обеспечивает токи КЗ 6 килоампер.
  • Когда потребитель находится близко от трансформаторной подстанции, то автоматы надо ставить на 10кА.
Если не выполнить выбор автомата по предельной коммутационной способности, то его контакты от аварийного тока могут привариться. Тогда отключения не произойдет, а вся подключенная нагрузка выгорит.

Шаг 7: классы токоограничения автоматического выключателя — в чем суть характеристики

Скорость отключения короткого замыкания напрямую влияет на
безопасность оборудования, а модули защит работают не одинаково. Показатели быстродействия позволяют подбирать автоматы, работающие в щадящем или экстремальном режиме оборудования.

Для наглядности действия рассмотрим их срабатывание на примере длительности одного периода напряжения синусоиды тока или напряжения (обозначается Т).

Класс токоограничения автоматического выключателя

В него входят две полуволны гармоники. Для стандартной частоты 50 герц время прохождения периода составляет 20 миллисекунд (мс).

Максимальное значение тока или его амплитуда достигается при четверти периода или половине полупериода. На графике я показал усредненные временные показатели трех классов токоограничения: 1, 2 и 3.

Класс №1 самый продолжительный, а значит экстремальный. Его время чуть превышает 10 мс. Для наглядности показано как Т/2. На корпусе автомата его просто не обозначают.

Класс №2 занимает промежуточное время по скорости. Такая защита должна отработать за время 6÷10 мс. На графике усреднено как 1/2(Т/2).

Класс №3 самый быстрый и экономный со временем срабатывания 2,5÷6 мс, что я обозначил как 1/3(Т/2).

Классы токоограничения 2 и 3 маркируются на корпусе под прямоугольником ПКС квадратиком с соответствующей цифрой.

Шаг 8: селективность автомата — залог качественного отключения аварии

Смысл выбора этого параметра заключается в избирательной способности защиты правильно локализовать короткое замыкание или перегруз и оставить в работе исправное оборудование.

Поясняю на простом примере квартирной проводки.

Селективность автоматического выключателя

Любая розетка по разным причинам может стать источником короткого замыкания. Аварию может отключить автомат №3 квартирного щитка, №2 —
подъездный или №3 — домовой.

Однако обесточивать этаж либо подъезд /дом имеет смысл только при отказе выключателя №3, используя эту функцию как резервную. В первую
очередь надежно должны срабатывать квартирные защиты.

Поэтому они настраиваются на более быстрое срабатывание или меньшие уставки тока при наладке. Предусмотреть эту возможность следует во
время выбора конструкции.

Иногда возникают затруднения с настройкой избирательности на вводном автомате. Для таких случаев можно приобрести специальный селективный
автоматический выключатель.

Его конструкция имеет механизм, обеспечивающий два пути протекания тока: основной и дополнительный для теплового расцепителя со своими
связанными силовыми контактами.

Резистор селективности внутри дополнительного канала задерживает срабатывание своего контакта на уставку избирательности. А основной канал работает как обычный.

Общее отключение защиты происходит после разрыва контактов обоих каналов, что также способен выполнить электромагнит отсечки.

Подобный механизм может быть полезен владельцам частных домов или коттеджей, хотя в большинстве случаев селективность можно обеспечить выбором характеристик быстродействия и настройкой токовых уставок обычных модулей.

Проверка селективности срабатывания защит должна обязательно проводиться до ввода их в эксплуатацию и периодически при эксплуатации.

Заключительный шаг №9: степени защиты корпуса для помещений повышенной влажности

Обычно автоматы устанавливают в квартирном или ином щитке, защищенном от проникновения воды и посторонних предметов. Но иногда их приходится включать на мобильное оборудование или удлинители.

Когда такими приборами пользуются во влажных помещениях, то следует обращать внимание на техническую способность корпуса работать в опасной
среде.

Она маркируется индексом IP с цифрами, обозначающими степень защиты. На обычных автоматах достаточно обозначения IP20. Ее показывают в сопроводительной документации.

IP20
Во всем предшествующем материале я намеренно не рекламирую ни одного производителя автоматов. Советую выбирать модуль защиты по техническим характеристикам, реально проверяя их на стендах. Бренд — хорошая вещь, но испытания важнее.

Программа Электрик 7.8 или способ компьютерного расчета автомата

На сайте электротехнических программ можно бесплатно скачать и установить на свой компьютер доступный калькулятор расчета. Адрес я показал картинкой.

Электрик 7.8

Загрузка, инсталляция и работа описаны отдельной статьей. Я проверил несколько функций этой программы. Работает нормально. Результат вычислений усредненный.
Можете использовать.

Вам придется учесть 2 фактора:

  1. Сайт работает на бесплатном конструкторе и забит навязчивой рекламой.
  2. Автор не берет на себя ответственность за конечный результат вычислений. Его вам придется проверять вручную.

В целом программа подойдет начинающим электрикам для создания первоначальной схемы своего проекта.

Ошибки электриков не только начинающих в работе защит

К такому выводу я пришел на работе, занимаясь многочисленной проверкой этих защит на специализированных стендах. Поэтому еще раз рекомендую приобретенный автомат до ввода в эксплуатацию подвергать жестким испытаниям от реальной нагрузки и замерять временные характеристики.

Ошибка электрика №1: проверка петля фаза-ноль не выполнена

Суть этого теста состоит в том, что ток короткого замыкания, который должен почувствовать и отключить автомат, банально по закону Ома зависит от сопротивления подключенной в него цепи.

Другими словами, длина проводов от автомата до розетки и дальше к включенному в нее потребителю может снизить ток короткого замыкания до
такого предела, когда уставка для срабатывания защиты окажется выше: выключатель не сработает.

Эта возможность проверяется специальными приборами.

Проверка петли фаза ноль

Ее следует обязательно выполнять.

Ошибка электрика №2: плохой монтаж проводки обученной бригадой

Когда писал эту статью у меня в квартире пропал свет и надолго. Старенький макбук работает девятый год, аккумулятор уже изъят…

Под окном увидел аварийную машину электриков ЖКХ. Спустился вниз по лестнице спросить, что случилось. Подъездный щит вскрыт. Бригада 3
человека: пожилой монтер, производитель среднего возраста и молодой
руководитель работ после института с бумагами.

Один работает, два стоят и наблюдают. Присоединился, стал третьим. Мне сказали, что перемычка на нулевой провод греется и ее будут менять. Я это и так понял. Там алюминиевая жила где-то примерно на 6 квадрат (оценил взглядом).

Монтер ее заменил и подключил на скрутку. Да, на скрутку, причем длиной не более 4 см. Я говорю: халява, сэр! На меня устремилось 3 пары
глаз и последовал вопрос: ты кто такой? Отвечаю: релейщик с 330.

Двое ничего не поняли, а парень с института посмотрел с уважением. Попытка объяснить ошибку встретила психологический отпор со стороны
самоуверенного монтера.

Мне, увидев такую работу, пришлось сразу идти в магазин и покупать реле контроля напряжения, хотя планировал его установку позже. Здание то старое.

Обрыв нуля трехфазной сети за счет отгорания скрутки гарантирован, а ловить 380 вольт вместо 220 в своей квартире нет желания.

Обрыв нуля в трехфазной сети

Тем людям, кто любит смотреть видео, рекомендую к просмотру ролик владельца elektrik-sam.info. Он тоже доступно объясняет все про выключатель автоматический: как выбрать его правильно.

Тема немного сложная и у вас могут остаться вопросы. Задавайте их в разделе комментариев. Я обязательно отвечу.

Рейтинг статьи

Просмотров страницы: 538

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о