Автоматические выключатели защищают электрические цепи от сверхтоков, вызванных короткими замыканиями и перегрузками. Сверхтоком называют любое значение электрического тока, которое превышает номинальный. Такой ток приводит к перегреву токопроводящих жил, из-за этого плавится изоляция и возникают аварийные ситуации — короткие замыкания, расплавление и перегорание проводников.
Под перегрузками понимается повышенный ток, который возник в результате включения на одной линии мощных электроприборов, суммарный ток потребления которых больше, чем ток, на который рассчитана эта линия. При коротком замыкании (КЗ) протекает ток, ограниченный активным и индуктивным сопротивлением кабельной линии и контактных соединений в ней, а также внутренним сопротивлением трансформатора и индуктивным сопротивлением других элементов цепи. Расчёт тока КЗ проводится по ГОСТ 28249-93.
В автоматических выключателях могут использоваться тепловые, электромагнитные и комбинированные расцепители. Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, включённая в основную цепь. При протекании тока нагрузки пластина нагревается, в результате чего биметалл деформируется и изгибается, приводя в движение механизм взвода и расцепления, который разрывает цепь.
Электромагнитный расцепитель – это своего рода реле тока, которое состоит из катушки, намотанной проводом большого сечения, внутри которой расположен подпружиненный сердечник. Катушка включена последовательно с защищаемой цепью. При протекании тока короткого замыкания вокруг катушки создаётся сильное магнитное поле, которое выталкивает сердечник, и он, в свою очередь, толкает механизм, который размыкает контакты.
Комбинированный расцепитель – это совокупность теплового и электромагнитного расцепителей. В некоторых источниках можно встретить устаревшее название «термоэлектромагнитный расцепитель».
На лицевой панели автоматического выключателя обычно указывается его схема. По ней можно определить, какие расцепители установлены и в каких конкретно полюсах — во всех или без расцепителей в нейтральном полюсе (1+N). В модульных автоматических выключателях, как правило, устанавливается оба расцепителя – электромагнитный и тепловой. Рядом с условными графическими обозначениями могут указываться и подписи t° — тепловой расцепитель, I> — электромагнитный (выделены голубым пунктиром).
Что такое время-токовые характеристики и для чего они нужны
Как отмечалось выше, при перегрузке и коротком замыкании в цепи протекает повышенный ток, отличие лишь в величине этого тока. Но есть множество случаев, когда кратковременная перегрузка линии абсолютно нормальна и не приведёт ни к каким аварийным ситуациям. Например, при запуске электродвигателя, когда токи в разы превышают номинальный, при групповом включении импульсных источников питания, которые сейчас установлены в каждой лампочке и во многих других случаях.
Такие кратковременные перегрузки называются пусковыми токами, да и не только при включении, но и во время работы некоторых машин допустимы кратковременные перегрузки. Поэтому если бы автоматический выключатель отключал цепь мгновенно, при малейшем повышении тока в ней до значений больше номинальных, то невозможно было бы обеспечить нормальную работу цепи одновременно с её надёжной защитой.
Совместная работа электромагнитного и теплового расцепителя позволяет обеспечить защиту электрических цепей и не допускать их незапланированного отключения в рассмотренных случаях.
Зависимость времени задержки отключения линии от величины протекающего через неё тока называется время-токовой характеристикой (ВТХ).
На ВТХ по оси Х (горизонтальной) откладывается краткость тока в цепи по отношению к номинальному току In, значение указывается в виде хIn, например 3In, значит, что в цепи ток в 3 раза больше, чем номинальный ток выключателя. А по оси Y (вертикальной) откладывается время, через которое сработает расцепитель и разорвёт цепь.
Форма у характеристики двухступенчатая, и левая её часть соответствует зоне работы теплового расцепителя, а правая, где ток в цепи превышает номинальный в 3 и больше раз – электромагнитного.
На характеристике вы видите два графика и одно ответвление пунктирной линией, один график расположен выше по оси Y, а второй ниже.
Верхний график для автомата в «холодном» состоянии (выделен синим цветом), то есть для автомата, который только включили и через него начал протекать ток. Нижний график для автомата в «горячем» состоянии (выделен красным цветом), то есть который был в работе, и его расцепитель находится в нагретом состоянии.
При этом у «холодного» графика есть ещё и пунктирная линия, которая обозначает верхнюю границу ВТХ для автоматов с номинальным током до 32А, жирными линиями – свыше 32А. То есть время-токовая характеристика – это универсальная характеристика указывается в документации к серии выключателей определённого типа, а не для какого-то одного аппарата, так как на одном графике изображаются данные для аппаратов с разным током.
Основные величины и определения
Форма у время-токовой характеристики не произвольна, а обусловлена принципом действия расцепителей и ряд её точек должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1). Согласно этому стандарту, различают такие типы время-токовых характеристик: B, C и D, они же встречаются в быту чаще всего.
В ГОСТе нормированы такие величины (в скобках указаны соответствующие пункты ГОСТ Р 50345-2010):
- Условный ток нерасцепления (Int) – ток, который автоматический выключатель будет проводить, не срабатывая, в течение условного времени (п. 3.5.15). Условный ток нерасцепления равен 1,13In (п. 8.6.2.2). Условное время – не более 1 часа для In не более 63 А, и не более 2 часов для In более 63 А (п. 8.6.2.1). То есть холодный автоматический выключатель на 25А будет в течение часа проводить ток на 13% больший — 28,25А и не отключится.
- Условный ток расцепления (It) – ток, при протекании которого автоматический выключатель сработает в течение условного времени (п. 3.5.16). Условный ток расцепления равен 1,45In (п. 8.6.2.3), условное время аналогично предыдущему. Испытание тока расцепления проводится сразу же после испытания условного тока нерасцепления, не отключая автомат, а лишь повышая ток. Расцепитель должен сработать и разомкнуть цепь отключится не позже, чем через 1 час (если In автомата меньше 63А) или два часа (если больше 63А) (таблица 7, п. 8.6.1).
- Испытательный ток (в ГОСТ нет конкретного названия, есть такая величина в методике проверки ВТХ) — при токе равном 2,55In автоматический выключатель должен отключиться не раньше, чем через 1 секунду и не позже чем через 60 секунд, при In не больше, чем 32А, а если In больше 63А, то АВ должен отключится в течение 1-120 секунд (таблица 7, п. 8.6.1 и п. 9.10.1.2).
- Ток мгновенного расцепления — минимальный ток, при протекании которого автоматический выключатель отключится без преднамеренной выдержки времени (п. 3.5.17). Время расцепления — 0.1 секунда (таблица 7). Величина тока мгновенного расцепления, зависит от типа время-токовой характеристики, и указывается не одним числом, а лежит в определённом диапазоне (указаны в таблице ниже).
Тепловой расцепитель работает во всём диапазоне возможных токов, а электромагнитный срабатывает, только когда ток в цепи находится в диапазоне токов мгновенного расцепления. Так можно выделить ещё две величины (таблица 7, п. 8.6.1.):
- Нижний предел диапазона токов мгновенного расцепления — это ток равный 3, 5 или 10In для автоматических выключателей с ВТХ типа B, C и D соответственно (п. 9.10.2.2, 9.10.2.3, 9.10.2.4), при протекании которого расцепитель сработает не быстрее чем через 0.1 с.
- Верхний предел диапазона токов мгновенного расцепления — это ток равный 5, 10 или 20In для автоматических выключателей с ВТХ типа B, C и D соответственно (п. 9.10.2.2, 9.10.2.3, 9.10.2.4), при протекании которого расцепитель сработает не позже чем через 0.1 с.
Испытания токов мгновенного расцепления проводятся на автоматах в холодном состоянии.
Ниже вы видите пример время-токовых характеристик автоматических выключателей типа B, C и D, при температуре 30°С. При больших температурах вводятся поправочные коэффициенты, простыми словами — чем больше температура, тем ниже токи, которые способен проводить автоматический выключатель и не отключаться при этом.
Заключение
Время-токовые характеристики нужны для того, чтобы вы могли подобрать автоматические выключатели для защиты цепей в аварийных ситуациях, при этом обеспечив условия для нормальной работы подключённого оборудования с учётом его особенностей, а также для обеспечения селективной работы аппаратов защиты. Однако обеспечить селективность в бытовых электрощитах зачастую невозможно.
Кроме рассмотренных характеристик B, C и D есть и другие, например, K и Z, они почти не используются в квартирных электрощитах и требования к ним определяются другим ГОСТом, значения токов (не)расцепления в них вы видите в таблице ниже. Кстати, саму таблицу я взял из одной брошюры компании ABB. Там же указаны и номера стандартов, которыми они нормируются.
Алексей Бартош специально для ЭТМ.
