Тепловая нагрузка автоматических выключателей

Тепловая нагрузка автоматических выключателей

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:

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

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.

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.

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:

Как выбрать?

Определив важные показатели, можно провести обоснованный выбор автоматических выключателей.

Выбор можно провести по нижеприведенным показателям:

1. По сечению провода. Определенное сечение провода определяет возможные показатели нагрузки и силы тока. В данном случае, следует выбирать автомат, который проводит выключение сети при возникновении силы тока, который не превышает показателя максимального силы тока в проводе. Примером можно назвать провод, сечение которого составляет 1 кв. мм. Величина нагрузки может составлять 10 кВт. Если максимальный показатель силы, который пройдет через провод, будет составлять 10 А, то автомат должен быть рассчитан на выключение при возникновении тока около 9,5 А. Если не провести выбор с учетом подобной информации, автомат сработает только при коротком замыкании. Однако, значение тока, при КЗ значительно превышает допустимого показателя при повышении нагрузки. Увеличение нагрузки приведет к возгоранию проводки.
2. По току короткого замыкания. Даже профессионалы в данной области не всегда проводят выбор автоматического выключателя по номинальному значению тока короткого замыкания. Как правило, подобное значение указывается в технической документации или на маркировке в виде цифры. Предельный ток КЗ – максимальное значение, при котором будет проведен автоматический разрыв цепи. Важно отметить, что по этому показателю зачастую проводят выбор при установке в промышленных помещениях, так как КЗ может возникать в непосредственной близости с подстанцией. В жилых домах, значение тока КЗ относительно небольшое, что значительно облегчает выбор.
3. Выбор по показателю мощности. Для того, чтобы провести выбор по мощности, следует воспользоваться специальными таблицами. Подобный таблицы позволяют провести выбор на основании следующих данных: величина напряжения и количество фаз, количество полюсов, мощность нагрузки. По пересечению вышеуказанных показателей можно найти значение , который должен обрывать автоматический выключатель. Как и ранее было отмечено, суммарная мощность может быть рассчитана путем учета потребительской мощности всех подключенных электроприборов.

Вся информация об автоматических выключателях содержится в спецификации или маркировке.

Автоматические выключатели позволяют защитить как оборудование, так и проводку конечного потребителя от короткого замыкания и высоких показателей напряжения.

Основная классификация заключается в предназначении рассматриваемого оборудования:

1. Класс «В» часто используется в бытовых условиях. Этот вариант исполнения не предназначен для сильных токов, при возникновении минимального короткого замыкания происходит размыкание цепи. Большая чувствительность определяет то, что модели класса «В» не используются в промышленности, где скачок напряжения может возникнуть вследствие включения или выключения оборудования большой мощности. Большая чувствительность позволяет защитить бытовые приборы и электронику, к примеру, компьютеры от перегорания.
2. Класс «С» считается общепромышленным вариантом исполнения, применяется в сетях, где также нужно контролировать напряжение в сети в пределах небольшого диапазона.
3. Класс «D» используется в сети, к которой происходит подключение электродвигателя с большим показателем пусковой мощности. Этот класс используется также в промышленности и имеет небольшой диапазон возможного отклонения от нормального значения.

По виду подаваемого тока можно выделить три категории рассматриваемого выключателя:

1. Для сети переменного тока.
2. Для сети постоянного тока.
3. Универсальный вариант исполнения.

По числу полюсов можно выделить:

• однополюсный;
• двухполюсный;
• трехполюсный;
• четырехполюсный;

Также, классификация проводится по типу расцепителя:

1. Максимальное расцепление.
2. Независимое расцепление.
3. Минимальное или нулевое расцепление.

По этому показателю можно провести следующую классификацию:

1. Без выдержки.
2. С выдержкой в независимости от показателей подаваемого напряжения.
3. С выдержкой, которая является обратным значением подаваемого электричества.

Вышеуказанные виды автоматических выключателей повсеместно используются в быту и промышленности, но при этом есть несколько нюансов, которые стоит учитывать при их выборе.

Кроме этого, следует обратить внимание на тип установленного размыкателя. Он является основным рабочим органом, проводит размыкание цепи при определенных значениях.

Данный элемент конструкции различается по спецификации действия и диапазону тока, можно провести нижеприведенную классификацию:

1. Электромагнитный тип пользуется большой популярностью, так как в считанные доли секунд проводит разъединение цепи. В конструкцию входит катушка и сердечник, также пружина. Сердечник при определенных условиях втягивается, и пружина воздействует на расцепляющее устройство.
2. Биметаллический тепловой вариант исполнения – зачастую устанавливается для автоматов, которые реагируют на ток, величина которого может привести к разрушению кабеля. На короткое замыкание он также реагирует. Однако, точность работы подобного размыкателя небольшая. Примером можно назвать случай, когда по кабелю, который имеет сечение для 16 А, проходит ток величиной 20 А – выключение произойдет через несколько десятков минут. Если величина тока будет 35 А, то выключение произойдет мгновенно.
3. Полупроводниковый используется крайне редко при изготовлении бытовых выключателей. Расцепление происходит при работе специального блока полупроводниковых реле.

Стоит отметить, что при маркировке редко происходит указание того, какой тип размыкателя использовался при производстве. Для этого следует ввести номер модели и изучить спецификацию.

Выбор автомата по току короткого замыкания КЗ

Выбор автоматического выключателя для защиты от КЗ (короткого замыкания) осуществляется на основании расчетного значения тока КЗ в конце линии. Расчет относительно сложен, величина зависит от мощности трансформаторной подстанции, сечении проводника и длинны проводника и т.п.

Из опыта проведения расчетов и проектирования электрических сетей, наиболее влияющим параметром является длинна линии, в нашем случае длинна кабеля от щитка до розетки или люстры.

Т.к. в квартирах и частных домах эта длинна минимальна, то такими расчетами обычно пренебрегают и выбирают автоматические выключатели с характеристикой «C», можно конечно использовать «В», но только для освещения внутри квартиры или дома, т.к. такие маломощные светильники не вызывают высокого значения пускового тока, а уже в сети для кухонной техники имеющей электродвигатели, использование автоматов с характеристикой В не рекомендуется, т.к. возможно срабатывание автомата при включении холодильника или блендера из-за скача пускового тока.

Зачем же тогда нужны модульные рубильники?

Причина №1 — безопасность

Выключатель нагрузки имеет прямую механическую связь ручки и контактов. Это значит, что положение ручки строго соответствует положению контактов. В автоматах такой связи нет, соответственно в случае, если контакты приварились, модульный автомат позволит себя «выключить», но контакты останутся замкнуты.

Разбираем выключатель нагрузки серии MSO

Автоматические выключатели с индикатором положения контактов частично решают эту проблему, но только если человек заранее знает, что именно этот индикатор показывает. Даже если на рукоятке есть надпись «ON» и «OFF» — это может быть просто индикатор положения ручки, но не контактов. Поэтому рассчитывать на этот функционал не стоит.

Также существуют выключатели нагрузки специального исполнения, например, с рукояткой красного цвета. Такие выключатели предназначены для ручного отключения всех нагрузок на время обслуживания или аварийной ситуации. Красный цвет ручки нужен, чтобы в трудной ситуации подсказать пользователю какой аппарат отключать первым. Выключатель нагрузки может быть снабжён красной поворотной рукояткой на основании жёлтого фона, а сам механизм рукояти вынесен на дверь шкафа и блокировать открытие дверцы до тех пор, пока выключатель нагрузки включен.

» >
Аварийный выключатель нагрузки 40 А,
с рукояткой красного цвета на жёлтом фоне

Причина №2 — сэкономить (да, да, сэкономить!)

Чтобы выдержать требования селективности — когда номиналы вводного автомата и автомата отходящей линии близки (отличаются менее чем на 20%) приходится использовать специальные автоматы с регулируемой задержкой на отключение, завышать номинал вводного автомата или использовать автоматы со специальными кривыми отключения. Такой подход приведёт к более существенному удорожанию, чем покупка выключателя нагрузки, конечно, если использование выключателя нагрузки допустимо по условиям эксплуатации. Например, модульный выключатель нагрузки можно установить в качестве вводного аппарата в распределительном щитке. Конечно, если щиток подключен к ГРЩ, автомат в котором, рассчитан не только на защиту линии, но и на защиту шин внутри подключенного к нему щитка.

Выбираем автомат по току короткого замыкания (КЗ)

Вычислять оптимальный тип автомата КЗ довольно сложно. Нужно учитывать показатели электростанции, длину проводки и ее сечение. Однако прибегать к сложным вычислениям и помощи калькулятора не нужно. Для удобства пользователей автоматы разделены на три группы по время-токовым характеристикам (времени, за которое происходит отключение при угрозе кз, и показателе, в случае регистрации которого срабатывает отключение).

Какие бывают автоматы:

1. B. Срабатывает за 5–20 секунд. Выключается, если произошло превышение в 5 раз. Подходят только для домов, где не задействована современная электротехника, а используются только осветительные приборы.
2. C. Токовая нагрузка может превышать номинальную в 10 раз, время срабатывания – 1–10 секунд. Нужны при монтаже электропроводки в жилом доме только АВ типа C.
3. D. Ток срабатывания может быть больше номинального в 14 раз, отключение происходит не более чем за 10 с. Такие АВ предназначены для промышленного использования.

Выбор защитного устройства

Конечно, любой автомат превосходно справится с возложенными на него задачами — это не вызывает сомнения, если он исправен. Но дело в том, что подбирать АВ необходимо с учётом нескольких параметров.

Если выбранный автомат слишком «слабый», то будут происходить постоянные ложные срабатывания. И наоборот, слишком «сильная» модель, будет иметь довольно сомнительную полезность.

Мощность нагрузки

Одной из возможностей подобрать защитное устройство является выбор автомата по мощности нагрузки. Для этого необходимо узнать значение тока нагрузки. И уже из этих данных выбирать соответствующий номинал. Проще всего (да и точнее) это сделать с помощью закона Ома по формуле:

где P — мощность потребителя (холодильник, микроволновая печь, стиральная машина и т. п. ), а U — напряжение сети.

Для примера потребитель будет взят 1,5 кВт, а напряжение сети обычное 220 В. Имея эти данные, подставив их в формулу, получится:

I = 1500/220 = 6,8 А.

В случае с трёхфазной сетью 380 вольт, напряжение будет 380 В.

Опираясь на закон Ома, можно без труда посчитать мощность нагрузки, из которой подбирать требуемый номинал автомата. Однако не стоит забывать, что, выбирая таким образом АВ, необходимо сложить нагрузку всех потребителей.

Существует и ещё одна формула для выбора автоматического выключателя по току, но она немного сложнее, но и конечный результат будет куда более точен. На практике это не принципиально, но в ознакомительных целях всё же стоит её привести:

Значения I, P, U будут теми же, что и в законе Ома, а вот cos φ — это коэффициент мощности, который учитывает в нагрузке реактивную составляющую. Это значение помогает определить таблица 6.12 нормативного документа СП 31−110−2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий».

Для примера данные будут использованы те же, т. е. потребитель 1,5 кВт, а напряжение всё те же 220 В. Согласно таблице, cos φ будет равен 0,65, как для вычислительных машин. Следовательно:

I = 1500 Вт/220 В * 0,65 = 4,43 А.

Сечение кабеля

Выбирать автомат лишь по мощности нагрузки будет непростительной ошибкой, которая может дорого стоить. Ведь если не учесть при этом сечение кабеля, то теряется всякий смысл в подборе автомата. Однако полученные значения нагрузки и номинал АВ смогут помочь в подборе необходимого кабеля.

Для этого не понадобится делать никаких расчётов, так как достаточно воспользоваться таблицей № 1.3.6 и 1.3.7 ПУЭ, где понятие длительно допустимый ток означает проходящее длительное время по проводнику напряжение, не вызывающее чрезмерного его нагрева. Проще говоря, за это значение можно принять рассчитанную мощность нагрузки. И получить требуемое сечение медного или алюминиевого провода.

По току короткого замыкания

Чтобы выбрать автоматический выключатель по мощности хотя и понадобились некоторые расчёты, но они были крайне просты. Этого совсем нельзя сказать о расчётах при выборе автомата по токам короткого замыкания.

Но при подборе номинала АВ для дома, коттеджа, квартиры или офиса, подобные расчёты будут излишни, так как основной показатель, особенно влияющий на данные, это длинна проводника. Но в подобных ситуациях она крайне мала, чтобы существенно повлиять на результат. Поэтому такие расчёты проводят лишь при проектировании подстанций и других подобных сооружений, где длина кабелей значительная.

Поэтому при выборе автоматического выключателя обычно приобретают модели с обозначением «С», где учитываются значения пусковых токов.

Как выбрать выключатель нагрузки-мини рубильник

Если у вас уже установлен вводной автомат, для выбора выключателя нагрузки ориентируйтесь прежде всего на его номинальный ток. Номинал выключателя нагрузки рекомендуется выбирать либо равным номинальному току автомата, либо на ступень больше. При этом следует не забывать что нам диктуют правила.

Так согласно ГОСТ 32397-2013 минимальный ток вводного устройства должен быть не менее 40А.

Руководствуясь этим, приобретайте в магазине аппараты от 40А и выше, тем более что в цене они не слишком отличаются от своих «меньших собратьев». Ну а располагаться выключатель нагрузки должен однозначно до вводного автомата, а еще лучше до самого прибора учета.

Некоторые электрики используют зачастую схему электрощитка даже без вводного автоматического выключателя. Это также разрешается, если вы грамотно защитили отходящие линии отдельными автоматами. В этом случае на вводе монтируется просто один выключатель нагрузки.

Плюс такой схемы не только в экономии, но и в селективности. При замыкании в проводке, у вас уже одновременно не отключится и ввод (погасив всю квартиру, что зачастую бывает при больших токах КЗ) и автомат группы.