Что такое время отключения сверхтока (применительно к автоматическому выключателю)

Класс токоограничения

Движемся дальше. Электромагнитный расцепитель, хоть и называется мгновенным, но тоже имеет определенное время срабатывания, которое отражает такой параметр, как класс ограничения. Он обозначается одной цифрой и у многих моделей эту цифру можно найти на корпусе аппарата. В основном сейчас выпускаются автоматы с классом токоограничения 3 — это значит, что со времени достижения током значения срабатывания до полного разрыва цепи пройдет время не более чем 1/3 полупериода. При стандартной у нас частоте 50 Герц это получается около 3,3 миллисекунд. Класс 2 соответствует значению 1/2 (порядка 5 мс), наверное существуют и другие, но об их существовании мне не известно. По некоторым источникам, отсутствие маркировки этого параметра равносильно классу 1. Я бы этот параметр назвал не классом токоограничения, а быстродействием отсечки. Казалось бы, чем быстрей, тем лучше. На деле же иногда есть смысл поставить автомат с более медленным срабатыванием — это касается групповых автоматов, чтобы при КЗ на какой-то отходящей линии они не срабатывали вместе с автоматом этой линии, т.е. чтобы была селективность. Хотя нет гарантий того, что автомат с меньшим классом сработает медленней автомата с большим классом. Поэтому строить селективность, исходя из данного параметра, я бы не стал, да и официальных рекомендаций насчет этого нет.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя.

На рисунке ниже представлено устройство автоматического выключателя с комбинированным расцепителем, т.е. имеющий и электромагнитный и тепловой расцепитель.

  • 1 — корпус;
  • 2,3 — нижняя и верхняя винтовые клеммы для подключения провода;
  • 4 — неподвижный контакт;
  • 5 — подвижный контакт;
  • 6 — дугогасительная камера;
  • 7 — гибкий проводник (применяется для соединения подвижных частей автоматического выключателя);
  • 8 — механизм взвода и расцепления
  • 9 — катушка электромагнитного расцепителя;
  • 10 — рычаг управления;
  • 11 — тепловой расцепитель (биметаллическая пластина);
  • 12 — регулировочный винт;

Синими стрелками на рисунке показано направление протекания тока через автоматический выключатель.

Основными элементами автоматического выключателя являются электромагнитный и тепловой расцепители:

Электромагнитный расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов короткого замыкания. Он представляет из себя катушку с находящимся в ее центре сердечником который установлен на специальной пружине, ток в нормальном режиме работы проходя по катушке согласно закону электромагнитной индукции создает электромагнитное поле которое притягивает сердечник внутрь катушки, однако силы этого электромагнитного поля не хватает что бы преодолеть сопротивление пружины на которой установлен сердечник.

При коротком замыкании ток в электрической цепи мгновенно возрастает до величины в несколько раз превышающей номинальный ток автоматического выключателя, этот ток короткого замыкания проходя по катушке электромагнитного расцепителя увеличивает электромагнитное поле воздействующее на сердечник до такой величины, что его силы втягивания хватает на то что бы преодолеть сопротивление пружины, перемещаясь внутрь катушки сердечник размыкает подвижный контакт автоматического выключателя обесточивая цепь:

При коротком замыкании (т.е. при мгновенном возрастании тока в несколько раз) электромагнитный расцепитель отключает электрическую цепь за доли секунды.

Тепловой расцепитель обеспечивает защиту электрической цепи от токов перегрузки. Перегрузка может возникнуть при включении в сеть электрооборудования общей мощностью превышающей допустимую нагрузку данной сети, что в свою очередь может привести к перегреву проводов разрушению изоляции  электропроводки и выходу ее из строя.

Тепловой расцепитель представляет из себя биметаллическую пластину. Биметаллическая пластина — эта пластина спаянная из двух пластин различных металлов (металл «А» и металл «В» на рисунке ниже) имеющих разный коэффициент расширения при нагреве.

При прохождении по биметаллической пластине тока превышающего номинальный ток автоматического выключателя пластина начинает нагреваться, при этом металл «B» имеет больший коэффициент расширения при нагреве, т.е. при нагреве он расширяется быстрее чем металл «A», что приводит к искривлению биметаллической пластины, искривляясь она воздействует на механизм расцепителя, который размыкает подвижный контакт.  В простой схеме это выглядит так:

Время срабатывания теплового расцепителя зависит от величины превышения тока электросети номинального тока автомата, чем больше это превышение тем быстрее сработает расцепитель.

Как правило тепловой расцепитель срабатывает при токах в 1,13-1,45 раз превышающих номинальный ток автоматического выключателя, при этом токе превышающем номинальный в 1,45 раза тепловой расцепитель отключит автомат через 45 мин — 1 час.

Время срабатывания автоматических выключателей определяется по их время-токовым характеристикам (ВТХ)

При любом отключении автоматического выключателя под нагрузкой на подвижном контакте образуется электрическая дуга которая оказывает разрушающее воздействие на сам контакт, причем чем выше отключаемый ток, тем мощнее электрическая дуга и тем большее ее разрушающее воздействие. Для сведения к минимуму ущерба от электрической дуги в автоматическом выключателе она направляется в дугогасительную камеру, которая состоит из отдельных, параллельно установленных пластин, попадая между этих пластин электрическая дуга дробится и затухает.

Принцип действия

Все коммутирующие устройства работают по единой схеме: в заданный владельцем нужный момент они соединяют элементы цепи или размыкают таковую. При этом, например, в помещении выключается свет без необходимости ручного нажатия на клавишу.

Для реализации этой функции рабочий механизм оснащается аналоговым или цифровым таймером, временным реле, встроенными микроконтроллерами и другими необходимыми деталями. Благодаря им становится возможным управление светом, вентиляцией и прочей контролируемой техникой.

Популярные статьи  Испытание трансформаторного масла

По принципам замыкания-размыкания цепи устройства делятся на следующие категории:

  • с механическим (аналоговым) таймером поворотного или перекидного типа. Поворотные оснащены вращательным контактным механизмом, пускающим ток по цепи в некоторых положениях крутящегося тумблера. А перекидные работают по несколько иной схеме — на металлической проводящей пластине и трех парах контактов. Пластина перекидывается на одну из пар и замыкает цепь;
  • со встроенным электронным таймером. Главный элемент такого гаджета — реле. Когда пользователь нажимает на кнопку, цепь размыкается или соединяется, и срабатывает реле. Электронный переключатель может быть запрограммирован на осуществление определенных действий согласно желаниям владельца и возможностям устройства.

Таймером можно управлять:

  • микропереключателями, выставляя их в определенное положение;
  • вращая контрольное колесико;
  • с помощью механических или сенсорных кнопок на фронтальной панели;
  • с дистанционного пульта, брелока или телефонного приложения.

Интервал запуска/отключения таймера может выставляться в диапазоне от нескольких секунд до дней и недель. Встречаются образцы, где можно задавать график сразу на целый год вперед.

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:

https://youtube.com/watch?v=9bTw3wtgOWY

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.

Модификации

Изделия используются для управления приборами на участке одной цепи. Нашли широкое применение в домах, квартирах. Производители предлагают обширный ассортимент продукции, который можно подразделить на 4 категории: таймер-сторож, кнопочный таймер, выключатель с датчиком движения, модель с таймером для вентиляции.

Таймер сторож

Прибор используется для защиты дома от несанкционированного проникновения. Позволяет организовать визуальное присутствие владельцев дома. Встроенная программа включает и выключает освещение в определенной последовательности в указанный интервал времени. Если приходится часто бывать в поездках – это идеальное решение, позволяющее оставить дом без присмотра. С улицы кажется, что дома кто-то есть. Полностью защитить дом он не сможет, но вот окажет помощь в этом вопросе и собьёт с толку злоумышленников.

Выключатель света с датчиком движения

При появлении человек в поле действия инфракрасного поля, датчик улавливает движение и включает освещение. При этом датчик обеспечивает: регулировку чувствительности, параметры освещения. Представлены модели, которые выполняют одну опцию, но встречаются и те, что выполняют все.

Кнопочный таймер

Механическое нажатие на кнопку приводит устройство в работу, обеспечивая автоматическое выключение и включение света через определенное время. Такие модели представлены возможностью задавать временной интервал на сутки или недели. Удобно монтировать такие выключатели в прихожих, на лестницах, в гараже, туалете.

Модель с таймером отключения для систем вентиляции

Вытяжка встречается на кухне и в ванной, так предусмотрена планировка любой квартиры или дома. Чтобы рационально пользоваться вентиляционной системой, рекомендуется установить вентилятор с таймером отключения, который через указанный промежуток времени просто отключит устройство. Такой подход позволит решить сразу же несколько задач: рационально использовать электроэнергию и обеспечить оптимальный показатель влажности в помещении.

Маркировка автоматических выключателей

На корпусе автомата мы можем увидеть некоторые загадочные надписи. Ниже обозначены цифрами главные из них:

Расшифровка:

  1. Номинальный ток автомата
  2. Характеристика срабатывания
  3. Максимальный ток отключения
  4. Класс отключения.

Помимо вышеперечисленных надписей, на корпусе обычно находится логотип производителя и тип автомата, а также краткое схематическое обозначение, показывающее, где находится неподвижный контакт (при вертикальном расположении его принято располагать сверху) и как расположены расцепители относительно контактов. Зажимные контактные винты могут закрываться шторками (см. крайний слева автомат), это удобно для опломбирования. Корпус обычно делается из полистирола — на мой взгляд, не самый подходящий материал для устройства, которое может прилично нагреваться.

Популярные статьи  Почему может не срабатывать автомат при перегрузке?

Почему время-токовые характеристики неудобны на практике

Но всё это – общая теория, без привязки к конкретным моделям автоматических выключателей. Ведь даже зная теорию, которая изложена в статьях и ГОСТ  Р 50345-2010, невозможно слёту сказать, какой ток расцепления и нерасцепления будет у автомата, у которого на лицевой стороне написано “В10”. Нужно листать ГОСТ, гуглить, вспоминать, умножать, и так далее.

Вот как я об этом рассуждаю в статье про характеристики автоматов (ссылка в начале статьи):

Что такое время отключения сверхтока (применительно к автоматическому выключателю)

Когда сработает автоматический выключатель? Рассуждения у время-токовой характеристики…

И мне, и моим читателям это неудобно. Поэтому я решил создать удобные на практике таблицы, приведенные ниже. В таблицах приведены данные, заранее посчитанные на основе номинального тока и типа тока мгновенного расцепления (В, С, D).

Фактически, таблицы токов, приведенные в статье, заменяют собой графики время-токовых характеристик. Они переводят теорию по расцепителям защитных автоматов из текстовой и графической форм в табличную. Думаю (уверен), что на практике моими таблицами для выбора автоматов и расчета токов в цепи будет пользоваться гораздо удобнее, чем графиками, на которых приведены данные безотносительно к конкретным номиналам.

Расчет номинала автоматов защиты

При расчете руководствуются установленной нагрузкой. Из этих соображений производится подбор сечения проводов и устройства, который будет защищать линию.

Например, выполним вычисления линии для 3 розеток. Предполагается подключить электрические приборы, стиральная машина мощностью 2 кВт, СВЧ 1,5 кВт и электрочайник 0,8 кВт. Суммарная мощность равна 4,3 кВт(4300 Вт).

По формуле вычисляем ток:

I=P/U,

I= 4300/220=19,54А

(Эта формула справедлива для активной нагрузки и применяется при проектировании электроснабжения в квартире.)

По справочным таблицам выбираем подходящее сечение провода. При этом учитывается способ прокладки и материал проводника. Выбираем проводку с медными проводами.

Из нижеприведенной таблицы выбираем ближайшее значение. Берем большее сечение медного проводника 2,5 мм2. Мы возьмем значения для «проложенных в трубе», потому что предполагается скрытая электропроводка.

Следующим этапом подбираем автомат, который будет устанавливаться в электрощитке. По справочной таблице выполняем подбор необходимого автоматического выключателя.

На практике для розеток используют кабель сечением в 2.5 мм². Хотя в таблице указано, что при открытой прокладке нам подойдет и 1.5 мм². Это больше того, что рассчитали мы выше, и обусловлено тем, тем, что кабель прокладывают в стене, а не на открытом воздухе, а также особенностями работы автоматических выключателей — они способы длительно пропускать токи на 13% выше номинального. То есть АВ на 16А будет длительно проводить ток до 18А, на 25А – до 28А и т.д.

Ниже приведена часть таблицы, с рядом номиналов выпускаемых промышленностью автоматов:

Выбираем автоматический выключатель на 16А. По расчетам следует установить прибор на 19,54 А. Но промышленность такие приборы не выпускает, поэтому выбираем значение ниже расчетного. К тому же розетки рассчитаны на ток в 16А, поэтому большего номинала автоматы нельзя ставить независимо от их числа.

Он будет надежно предохранять электропроводку от перегрузки и токов короткого замыкания в квартире или в загородном доме. Аналогичным образом производится расчет при замене старой электропроводки в доме.

В других случаях, когда подключение производится не через розетку, а напрямую, как электроплита, например, автоматический выключатель выбирают по мощности электроплиты. При этом кабель выбирают такой, чтобы через него мог длительно протекать ток номинальный ток с учетом потерь на линии

Важно отметить, что допустимый длительный ток кабеля рассчитанного сечения должен быть выше на 13% (и более) чем номинал автоматического выключателя на этой линии, по обозначенным выше причинам

Отключение

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения tс, о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошёл установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (tс, о = 0,02-1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (tс, о < 0,005 с).

Нормальные и селективные автоматические выключатели токоограничивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, обладают токоограничивающим действием, так как отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения Іу.

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

Характеристики

Ток мгновенного расцепления

Что такое время отключения сверхтока (применительно к автоматическому выключателю)

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

Согласно ГОСТ Р 50345-2010 (п.5.3.5), бытовые автоматические выключатели переменного тока делятся на следующие типы (классы) по току мгновенного расцепления:

  • тип B: свыше 3·In до 5·In включительно (где In — номинальный ток) (применяется для защиты линий освещения или линий имеющих большую протяженность)
  • тип C: свыше 5·In до 10·In включительно (применяется для защиты розеточных групп или линий с потребителями с умеренными пусковыми токами)
  • тип D: свыше 10·In до 20·In включительно (применяется для защиты трансформаторов или линий с потребителями с большими пусковыми токами)

Промышленные автоматические выключатели могут быть следующих типов:

  • тип L: свыше 8·In
  • тип Z: свыше 4·In
  • тип K: свыше 12·In
Популярные статьи  Можно ли установить видеодомофон вместо домофонной трубки?

У европейских производителей классификация может несколько отличаться. В частности, имеется дополнительный тип A (свыше 2·In до 3·In).

У АВВ имеются автоматические выключатели с кривыми K (8 — 14·In) и Z (2 — 4·In), соответствующие стандарту МЭК 60947-2.

Характеристики выключателей проверяют в ходе типовых испытаний (стойкость маркировки; надежность винтов, токопроводящих частей и соединений; надежность выводов для внешних проводников; защита от электрических ударов; электроизоляционные устройства; превышение температуры (28-суточное испытание); характеристика расцепления; механическая и коммутационная износостойкость; короткое замыкание; стойкость против механических толчков и ударов; термостойкость; стойкость против аномального нагрева и огня; коррозиеустойчивость).

Что такое время-токовые характеристики?

Надеясь на подготовленность читателя, буду краток, и расскажу только то, что касается темы статьи. Тем более, что ссылки я давал в начале.

Буквы В, С и D – это главная характеристика электромагнитного расцепителя. Буквой обозначается диапазон токов мгновенного расцепления. В начале этого диапазона ЭМ расцепитель не должен сработать, в пределах диапазона – может сработать, а при сверхтоке, равном верхнему краю диапазона (и больше) – должен сработать. Границы диапазонов можно проиллюстрировать на упрощенных графиках для трёх АВ с одинаковым номинальным током 10 А, но с разными характеристиками отключения:

Графики для одного номинального тока и разных характеристик расцепления. График и синяя область продолжаются вправо!

График работы теплового расцепителя, показанный плавной жирной линией, одинаков для всех трёх автоматических выключателей. А вот диапазоны токов мгновенного расцепления (закрашены синим) – разные.

При сверхтоке до 11,3 А три наших выключателя выключаться не должны никогда. При увеличении тока время выключения уменьшается вплоть до секунд, а при работе в так называемой зоне токов КЗ (“синяя зона”) время выключения может составлять десятки и даже единицы миллисекунд. Все токи, которые превышают отмеченные диапазоны, должны приводить к мгновенному расцеплению.

Варианты исполнения

  • Автоматический выключатель в корпусе пробочного предохранителя

  • 3-полюсный автомат защиты для непосредственного монтажа

  • Автоматические выключатели используемые в США

  • Автоматические выключатели советского производства

Модульный автоматический выключатель

Что такое время отключения сверхтока (применительно к автоматическому выключателю)

Внутреннее устройство модульного автоматического выключателя

Автоматический выключатель, рассчитанный на небольшие токи, в настоящее время, чаще всего имеет модульную конструкцию, которая предназначена для крепления на DIN-рейку. Внутреннее устройство модульного автоматического выключателя показано на рисунке справа. Включение-выключение производится рычажком (1), провода подсоединяются к винтовым клеммам (2). Защелка (9) фиксирует корпус выключателя на DIN-рейке и позволяет при необходимости легко его снять (для этого нужно оттянуть защелку, вставив плоскую отвёртку в петлю защелки). Коммутацию цепи осуществляют подвижный (3) и неподвижный (4) контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие нажатия контактов во включённом состоянии и быстрое их отключение при срыве собачки механизма расцепления посредством одного из двух расцепителей: теплового (5) или электромагнитного (7). Во время расцепления контактов может возникнуть электрическая дуга, поэтому контакты имеют особую форму и находятся рядом с дугогасительной решёткой (8).

Какой вид прибора лучше выбрать?

Перед тем как совершить покупку, опишите свои требования к прибору. С учетом этих факторов и стоит заняться поиском подходящего выключателя. Решите, где будет установлен выключатель – снаружи или будет встраиваться. После решите какие функции интересуют вас, как владельца прибора. Если необходимо активизировать дополнительный функционал придется прикупить некоторые датчики. Или же выберите модификацию, в которой все элементы уже являются частью конструкции.

При выборе рекомендуется следовать таким пунктам:

  1. Учитывайте напряжение, на которое рассчитана работа изделия.
  2. Определитесь с типом управления – механическим или цифровым.
  3. Место установки – в розетку, подрозетник, распредкоробку.
  4. Учитывайте условия эксплуатации, необходима ли защита от влаги.

Учитывайте и периодичность, указанную на таймере выключателя. Если функции предположительно осуществляются несколько раз в сутки, то стоит выбрать суточные модели. На выбор представлены и варианты недельным или месячным таймером.

Более сложная модификация устройства подходит для управления несколькими приборами и питающими линиями

При выборе производителя, стоит обратить внимание на модели известных и проверенных марок. Часто положительные отзывы оставляют про выключатели компании Legrand, Feron, Livolo, Orbis

Применение выключателя с задержкой отключения откроет перед вами новые возможности. Стоит сочетать изделие вместе с опцией «умный дом». Такой подход позволит обеспечить комфортные условия проживания и в тоже время сберечь ресурсы. Благодаря четко установленному интервалу владельцы жилья могут не переживать, если забудут отключить свет. За них это сделать устройство в определенное время. Повышенные меры безопасности в современном мире уже давно стали нормой. Стоит только определиться с моделью, которая подойдет с учетом ваших нужд, ведь зачем переплачивать за функционал, который может так и не пригодиться. Ознакомившись с разнообразием моделей, подобрать подходящий вариант будет проще. При этом изучите технические характеристики выключателя с задержкой отключения, изучите правила программирования прибора. Хорошо, если он сможет функционировать при отключении электропитания.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: