Как не оконфузиться при выборе автоматического выключателя / Хабр

Автоматический выключатель: принцип работы, классификация, конструкция, назначение

Автоматический выключатель (для защиты от сверхтока) (circuit-breaker) — это контактное коммутационное устройство, способное к включению, проведению и отключению электрических токов при нормальных условиях электрической цепи, а также способное к включению, проведению в течение установленного времени и автоматическому отключению электрических токов при установленных анормальных условиях электрической цепи, например при коротком замыкании (определение на основе ГОСТ IEC 60050-441-2015) [1]. Данный термин имеет среди обычных лиц популярный жаргонизм “автомат”.

Автоматический выключатель замыкает и размыкает электрические цепи при помощи собственных контактов. Поэтому его идентифицируют в качестве контактного коммутационного устройства.

Принцип работы

Харечко Ю.В. описывает в своей книге [5] принцип работы автоматического выключателя следующим образом:

« Автоматический выключатель замыкает и размыкает одну или несколько подключенных к нему электрических цепей с помощью своих главных контактов. Под замыканием понимают оперирование, в результате которого автоматический выключатель переводится из разомкнутого положения в замкнутое; под размыканием – из замкнутого положения в разомкнутое. »

Рис. 1. Пример внешнего вида автоматических выключателей (А – однополюсный автоматический выключатель серии S 200, Б – трехполюсный автоматический выключатель серии S 200 P)

« Замкнутое положение автоматического выключателя обеспечивает предопределенную непрерывность его главной цепи, разомкнутое положение – предопределенный зазор между разомкнутыми контактами главной цепи автоматического выключателя. »

« При коммутации электрических цепей автоматический выключатель выполняет включение и отключение, а также включение с последующим автоматическим отключением. »

« Замыкание и размыкание, выполняемые без протекания электрического тока в главной цепи автоматического выключателя, относят к его механическому оперированию, т. е. к оперированию автоматического выключателя в условиях отсутствия электрического тока в его главной цепи. »

« Включение и отключение, осуществляемые при протекании электрического тока в главной цепи автоматического выключателя, относят к электрическому оперированию, т. е. к оперированию автоматического выключателя в условиях протекания электрического тока в его главной цепи. Электрическое оперирование называют также коммутацией. »

« Автоматическое оперирование автоматического выключателя происходит при появлении в его главной цепи тока перегрузки или тока короткого замыкания. Время отключения сверхтока зависит от индивидуальной время-токовой характеристики автоматического выключателя, которая должна находиться в пределах стандартной время-токовой зоны. »

Классификация

Стандарт МЭК 60050‑441 и ГОСТ IEC 60050‑441-2015 определили несколько видов автоматических выключателей [1]:

• «токоограничивающий автоматический выключатель (current-limiting circuit-breaker): Автоматический выключатель с достаточно коротким временем отключения, чтобы предотвращать достижение током короткого замыкания своего иначе достижимого пикового значения»;
• «автоматический выключатель со встроенными плавкими предохранителями (integrally fused circuit-breaker): Комбинация в одном устройстве автоматического выключателя и плавких предохранителей, в которой последовательно с каждым полюсом автоматического выключателя, предназначенным для присоединения к фазному проводнику, установлен один плавкий предохранитель»;
• «автоматический выключатель с блокировкой замыкания (circuit-breaker with lock-out preventing closing): Автоматический выключатель, в котором ни один из подвижных контактов не может включить электрический ток, если команду на замыкание инициируют в то время, когда сохраняются условия, которые должны вызвать размыкание»;
• «автоматический выключатель в литом корпусе (moulded-case circuit-breaker): Автоматический выключатель, имеющий опорный корпус из литого изоляционного материала, составляющий неотъемлемую часть автоматического выключателя»;
• «автоматический выключатель с заземленным баком (dead tank circuit-breaker): Автоматический выключатель, главные контакты которого расположены в заземленном металлическом баке»;
• «автоматический выключатель с баком, находящимся под напряжением (live tank circuit-breaker): Автоматический выключатель, главные контакты которого расположены в баке, изолированном от земли»;
• «воздушный автоматический выключатель (air circuit-breaker): Автоматический выключатель, контакты которого размыкаются и замыкаются в воздухе при атмосферном давлении»;
• «масляный автоматический выключатель (oil circuit-breaker): Автоматический выключатель, контакты которого размыкаются и замыкаются в масле»;
• «вакуумный автоматический выключатель (vacuum circuit-breaker): Автоматический выключатель, контакты которого размыкаются и замыкаются в оболочке с высоким вакуумом»;
• «автоматический выключатель с газовым дутьем (gas-blast circuit-breaker): Автоматический выключатель, в котором электрическая дуга образуется в потоке газа»;
• «элегазовый автоматический выключатель (sulphur hexafluoride circuit-breaker, SF6 circuit-breaker): Автоматический выключатель, контакты которого размыкаются и замыкаются в гексафториде серы (элегазе)»;
• «автоматический выключатель с воздушным дутьем (air-blast circuit-breaker): Автоматический выключатель с газовым дутьем, в котором используемым газом является воздух».

Автоматические выключатели, которые применяют в электроустановках зданий, обычно представляют собой воздушные автоматические выключатели в литом корпусе. Некоторые автоматические выключатели являются токоограничивающими автоматическими выключателями. Иногда используют автоматические выключатели со встроенными плавкими предохранителями.

В стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 [2] установлена следующая классификация автоматических выключателей по типу выводов:

автоматические выключатели с выводами резьбового типа для внешних медных проводников;
автоматические выключатели с выводами безрезьбового типа для внешних медных проводников;
автоматические выключатели с плоскими выводами быстрого соединения для внешних медных проводников;
автоматические выключатели с выводами резьбового типа для внешних алюминиевых проводников.

По способу крепления стандарт МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 [2] следующим образом классифицируют автоматические выключатели:

автоматические выключатели, электрическое присоединение которых не связано с механическим креплением;
автоматические выключатели, электрическое присоединение которых связано с механическим креплением, например: автоматические выключатели втычного типа, болтового типа и ввинчиваемого типа.

В стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 [2] установлена следующая классификация автоматических выключателей по числу полюсов:

однополюсные автоматические выключатели;
двухполюсные автоматические выключатели с одним защищенным полюсом;
двухполюсные автоматические выключатели с двумя защищенными полюсами;
трехполюсные автоматические выключатели с тремя защищенными полюсами;
четырехполюсные автоматические выключатели с тремя защищенными полюсами;
четырехполюсные автоматические выключатели с четырьмя защищенными полюсами.

В стандарте МЭК 60898‑2 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 [3] для универсальных автоматических выключателей установлена иная их классификация по числу полюсов:

однополюсные автоматические выключатели;
двухполюсные автоматические выключатели с двумя защищенными полюсами.

Назначение и требования

Харечко Ю.В. в своем словаре [5] акцентирует внимание на том, что:

« Основным предназначением автоматического выключателя, как следует из требований стандарта МЭК 60364‑4‑43 и разработанного на его основе ГОСТ Р 50571.4.43, является защита от сверхтока проводников электрических цепей в электроустановке здания с целью обеспечения электрической и пожарной безопасности. Автоматический выключатель должен продолжительное время проводить без отключения любой электрический ток, величина которого не превышает его номинальный ток, и своевременно отключать электрические цепи при появлении в них тока перегрузки или тока короткого замыкания. »

[5]

« При типах заземления системы TN‑C, TN‑S и TN‑C‑S автоматический выключатель можно также использовать для осуществления защиты от поражения электрическим током в составе такой меры защиты, как автоматическое отключение питания. Основные требования к автоматическому отключению питания в электроустановках зданий изложены в разделах 411 «Защитная мера − автоматическое отключение питания» стандарта МЭК 60364‑4‑41 и разработанного на его основе ГОСТ Р 50571.3. В главе 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности» Правил устройства электроустановок седьмого издания изложены устаревшие требования к обеспечению защиты от поражения электрическим током, переписанные из ранее действовавшего ГОСТ Р 50571.3–94. В главе 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности» Правил устройства электроустановок седьмого издания изложены устаревшие требования к обеспечению защиты от поражения электрическим током, переписанные из ранее действовавшего ГОСТ Р 50571.3–94. »

Международные требования к автоматическим выключателям не бытового назначения изложены в стандарте МЭК 60947‑2, который применяют в совокупности со стандартом МЭК 60947‑1. Национальные требования к ним содержатся в ГОСТ Р 50030.2-2010, который применяют совместно с ГОСТ IEC 60947-1-2017.

Стандарт МЭК 60947‑1 и ГОСТ IEC 60947‑1-2017 предназначены для согласования требований и рекомендаций общего характера, относящихся к низковольтной коммутационной аппаратуре и аппаратуре управления, с целью их унификации в соответствующих классах устройств и устранения необходимости испытаний по различным стандартам. В обоих стандартах изложены требования и рекомендации, которые являются общими для низковольтной коммутационной аппаратуры и аппаратуры управления, предназначенной для эксплуатации в электрических цепях переменного тока напряжением до 1000 В и постоянного тока – до 1500 В включительно. Требования этих стандартов применяют совместно с требованиями других стандартов, входящих в состав комплексов МЭК 60947 «Низковольтная коммутационная аппаратура и аппаратура управления», ГОСТ IEC 60947 и ГОСТ Р 50030.

Стандарт МЭК 60947‑2 и ГОСТ Р 50030.2 распространяются на автоматические выключатели, предназначенные для работы в электрических цепях переменного тока напряжением до 1000 В и постоянного тока – до 1500 В включительно. Такие автоматические выключатели могут иметь любые номинальные токи, различные конструкции и способы применения. Стандарты также содержат дополнительные требования к автоматическим выключателям со встроенными плавкими предохранителями.

Указанные автоматические выключатели применяют в низковольтных распределительных устройствах, установленных в различных сооружениях, на трансформаторных подстанциях, в распределительных пунктах и др. Эти автоматические выключатели используют также во вводно-распределительных устройствах, во вводных устройствах, в главных распределительных щитах и других низковольтных распределительных устройствах электроустановок жилых, общественных, производственных и других зданий.

Международные требования к автоматическим выключателям для электрического оборудования (АВО), которые специально предназначены для защиты электрических цепей в электрооборудовании, изложены в стандарте МЭК 60934. Национальные требования к этим автоматическим выключателям содержатся в ГОСТ IEC 60934-2015. Эти автоматические выключатели применяют в цепях электрического оборудования переменного тока, имеющих напряжение до 440 В, и постоянного тока при напряжении до 250 В включительно. Номинальный ток АВО не может быть более 125 А.

Международные требования к автоматическим выключателям бытового назначения, предназначенным для применения в электроустановках зданий, изложены в стандартах МЭК 60898‑1 и МЭК 60898‑2. Национальные требования к ним содержатся в ГОСТ IEC 60898-1-2020 и ГОСТ IEC 60898-2-2011.

В стандарте ГОСТ IEC 60898-1-2020 приведены требования к воздушным автоматическим выключателям, контакты которых замыкаются и размыкаются в воздухе при атмосферном давлении. Автоматические выключатели предназначены для работы в электрических цепях переменного тока частотой 50 и (или) 60 Гц. Они должны иметь номинальное напряжение не выше 440 В, номинальный ток – до 125 А и номинальную коммутационную способность при коротком замыкании – не более 25000 А.

Автоматические выключатели бытового и аналогичного назначения предназначены для использования обычными лицами и не нуждаются в обслуживании. Эти автоматические выключатели могут иметь одно или несколько значений номинального тока. Однако механизм, с помощью которого в автоматическом выключателе осуществляют переход от одного значения номинального тока к другому, в нормальных условиях эксплуатации должен быть недоступным потребителю, а само переключение должно быть возможным только при помощи инструмента.

Автоматические выключатели, номинальный ток которых регулируют средствами, доступными потребителю, а также автоматические выключатели, предназначенные для защиты электродвигателей, не рассматривают в стандарте МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020.

С помощью автоматических выключателей, конструкция которых соответствует требованиям стандарта МЭК 60898‑1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020, в электроустановках зданий можно реализовать функцию разъединения. То есть автоматические выключатели бытового назначения могут быть использованы в качестве разъединителей.

Стандарт МЭК 60898‑2 и ГОСТ IEC 60898-2-2011 устанавливают дополнительные требования к однополюсным и двухполюсным автоматическим выключателям1, предназначенным для использования также в электрических цепях постоянного тока и имеющим номинальное напряжение до 220 В (однополюсные) и до 440 В (двухполюсные), номинальный ток до 125 А и номинальную коммутационную способность при коротком замыкании (для постоянного тока) до 10000 А включительно.

Конструкция

Рассмотрим более подробно конструкцию автоматических выключателей бытового назначения, которые производят в соответствии с требованиям стандартов МЭК 60898‑1 и МЭК 60898‑2, ГОСТ IEC 60898-1-2020 и ГОСТ IEC 60898-2-2011.

Большая часть информации, которую вы прочитаете ниже основана на материалах из книги Ю.В. Харечко [5].

Харечко Ю.В. описывает конструкцию автоматического выключателя следующим образом:

« Автоматический выключатель имеет главную цепь и может иметь цепь управления и вспомогательную цепь.

Главная цепь объединяет все проводящие части автоматического выключателя, включенные в электрическую цепь, которую он предназначен замыкать и размыкать.

Рис. 2. Конструкция однополюсного автоматического выключателя серии S 200 (рисунок заимствован из книги [4] автора Харечко Ю.В.)

На рисунке 2 обозначено:

• 1 – орган управления;
• 2 – выводы;
• 3 – главный контакт;
• 4 – дугогасительная камера;
• 5 – тепловой расцепитель перегрузки (разновидность расцепителя сверхтока);
• 6 – электромагнитный расцепитель короткого замыкания

Цепь управления автоматического выключателя предназначена для осуществления его замыкания и размыкания или выполнения обоих оперирований. Эта цепь включает в себя проводящие части автоматического выключателя, применяемые для его управления, за исключением тех частей, которые входят в состав главной цепи автоматического выключателя.

Вспомогательная цепь объединяет все проводящие части автоматического выключателя, предназначенные для включения в электрическую цепь, используемую, например, для дистанционной индикации его коммутационного положения. К этой цепи не относят проводящие части автоматического выключателя, которые входят в состав его главной цепи и цепи управления.

Для оснащения автоматического выключателя цепью управления и вспомогательной цепью к нему следует прикрепить одно или несколько дополнительных устройств, таких, например, как блок-контакт, независимый расцепитель и расцепитель минимального напряжения.

Блок-контакт представляет собой выключатель с одним или несколькими контактами управления и (или) вспомогательными контактами, который механически приводится в действие автоматическим выключателем. Для автоматических выключателей выпускают блок-контакт положения (БКП), предназначенный для указания коммутационного положения автоматического выключателя, и блок-контакт срабатывания (БКС), предназначенный для указания срабатывания автоматического выключателя.

При замыкании главных контактов автоматического выключателя замыкающие контакты БКП замыкаются, а размыкающие контакты – размыкаются. При размыкании автоматическим выключателем своих главных контактов из-за появления в его главной цепи сверхтока, под воздействием независимого расцепителя или расцепителя минимального напряжения, а также при ручном управлении автоматическим выключателем замыкающие контакты БКП размыкаются, а размыкающие контакты – замыкаются.

Применение блок-контактов положения во вспомогательных цепях автоматических выключателей позволяет выполнить в электроустановке здания систему сигнализации и контроля их коммутационного положения. Кроме того, БКП могут быть использованы в цепях управления других коммутационных устройств, которые применяют в одной электроустановке здания.

При замыкании главных контактов автоматического выключателя замыкающие контакты БКС замыкаются, а размыкающие контакты БКС размыкаются. В исходное положение контакты БКС возвращаются в двух случаях: при размыкании автоматическим выключателем своих главных контактов из-за появления в его главной цепи сверхтока и при отключении автоматического выключателя с помощью независимого расцепителя или расцепителя минимального напряжения. При ручном отключении автоматического выключателя контакты БКС не меняют своего коммутационного положения. Блок-контакты срабатывания, как правило, используют во вспомогательных цепях для сигнализации об отключении автоматическим выключателем сверхтока, но их можно применять и в цепях управления других коммутационных устройств, установленных в электроустановке здания.

Независимый расцепитель и расцепитель минимального напряжения применяют для управления автоматическим выключателем.

Главная цепь автоматического выключателя состоит из одного, двух, трех или четырех полюсов. Под полюсом понимают часть автоматического выключателя, связанную исключительно с одним электрически независимым проводящим путем его главной цепи, оснащенную контактами, предназначенными замыкать и размыкать главную цепь, исключая те части, которые обеспечивают средства для монтажа и совместного оперирования всеми полюсами.

Наиболее широкое применение в электроустановках зданий получили однополюсные автоматические выключатели, предназначенные для использования в однофазных двухпроводных электрических цепях, и трехполюсные автоматические выключатели, которые используют в трехфазных трехпроводных и четырехпроводных электрических цепях. В однофазных двухпроводных и трехфазных четырехпроводных электрических цепях применят также соответственно двухполюсные и четырехполюсные автоматические выключатели.

Для выполнения функции по защите от сверхтока автоматический выключатель оснащают защищенными полюсами. Оставшийся полюс автоматического выключателя, если таковой имеется, может быть незащищенным полюсом или коммутирующим нейтральным полюсом.

Защищенный полюс оснащен расцепителем сверхтока. Незащищенный полюс не имеет расцепителя сверхтока, но во всем остальном он способен к той же самой работе, как защищенный полюс того же самого автоматического выключателя. Коммутирующий нейтральный полюс предназначен коммутировать электрическую цепь нейтрального проводника, но не предназначен иметь коммутационную способность при коротком замыкании.

В главной цепи каждого полюса автоматического выключателя имеются главные контакты. Главный контакт представляет собой контакт, включенный в главную цепь автоматического выключателя и предназначенный для проведения в замкнутом положении электрического тока, протекающего в его главной цепи.

При размыкании главной цепи автоматического выключателя, по которой протекает электрический ток (особенно – сверхток), возможно возникновение электрических дуг между разъединяемыми частями главных контактов. Поэтому автоматические выключатели оснащают дуговыми контактами, на которых предполагается возникновение электрической дуги.

Дуговой контакт обычно является главным контактом. Он имеет специальную конструкцию проводящих частей, которая обеспечивает перемещение электрической дуги в дугогасительную камеру, где она разбивается металлическими пластинами на несколько частей и интенсивно гасится.

В многополюсном автоматическом выключателе подвижные контакты всех полюсов (за исключением коммутирующего нейтрального полюса) должны замыкать и размыкать главную цепь практически одновременно как при автоматическом, так и при ручном оперировании. Контакты коммутирующего нейтрального полюса должны размыкаться позже, а замыкаться раньше контактов остальных полюсов автоматического выключателя.

В цепи управления автоматического выключателя имеются контакты управления, которые механически приводятся в действие этим же автоматическим выключателем. Вспомогательные контакты, если их используют, входят в состав вспомогательной цепи автоматического выключателя и механически приводятся в действие этим же автоматическим выключателем.

Каждый автоматический выключатель оснащают одним или несколькими расцепителями, которые предназначены для инициирования:

автоматического размыкания главных контактов в случае появления сверхтока в главной цепи автоматического выключателя;
автоматического размыкания автоматического выключателя при снижении напряжения или изменении других характеристик подключенных к нему электрических цепей и электрооборудования;
дистанционного отключения автоматического выключателя.

Расцепитель представляет собой устройство, механически связанное с автоматическим выключателем или встроенное в него, которое освобождает удерживающее приспособление в механизме автоматического выключателя и инициирует его автоматическое размыкание. Для выполнения автоматическими выключателями функций по защите от сверхтока их оснащают расцепителями сверхтока. Автоматические выключатели могут быть оснащены независимыми расцепителями и расцепителями минимального напряжения.

Независимый расцепитель представляет собой расцепитель, возбуждаемый источником напряжения. Он предназначен для дистанционного управления автоматическим выключателем. Его используют в тех случаях, когда существует потребность в дистанционном отключении каких-то электрических цепей с помощью автоматических выключателей.

После подачи напряжения на цепь управления независимого расцепителя его электромагнитный механизм воздействует на удерживающее приспособление автоматического выключателя, инициируя размыкание контактов его главной цепи. Управляющий сигнал для независимого расцепителя может быть сформирован вручную, например, посредством кнопочного выключателя с замыкающим контактом. Сигнал управления также может быть сгенерирован каким-либо коммутационным или электронным устройством по факту выполнения каких-то предопределенных условий, например, таймером при наступлении установленного часа.

Включение автоматического выключателя после осуществления его дистанционного отключения с помощью независимого расцепителя производят вручную.

Расцепитель минимального напряжения представляет собой расцепитель, инициирующий размыкание автоматического выключателя с выдержкой времени или без нее, когда напряжение на выводах расцепителя снижается ниже предопределенного значения. Основным его назначением является побуждение автоматического выключателя к отключению электрооборудования при недопустимом для него снижении напряжения. Расцепитель минимального напряжения обычно вызывает отключение автоматического выключателя при снижении напряжения в своей цепи управления до 75% от его номинального значения (например, равного 230 В переменного тока) и менее, а также препятствует включению автоматического выключателя, если напряжение в этой цепи меньше 85% от номинального напряжения.

Каждый автоматический включатель имеет механизм свободного расцепления, который обеспечивает размыкание главных контактов в момент включения автоматического выключателя, если в его главной цепи начинает протекать ток перегрузки или ток короткого замыкания.

Этот механизм позволяет осуществлять отключение автоматическим выключателем сверхтока в тот момент, когда выполняют его ручное управление. Например, при ручном оперировании автоматическим выключателем на включение электрической цепи, в которой имеется короткое замыкание, по замыканию главных контактов через главную цепь автоматического выключателя начнет протекать ток короткого замыкания. Под его воздействием расцепитель сверхтока освободит удерживающее приспособление в механизме автоматического выключателя. Главные контакты автоматического выключателя станут автоматически размыкаться, несмотря на то, что в рассматриваемый промежуток времени еще продолжается ручное управление на их замыкание.

В каждом автоматическом выключателе предусмотрена индикация его коммутационного положения, которая позволяет определить, в каком положении (замкнутом или разомкнутом) находятся его главные контакты. С этой целью автоматический выключатель может быть оснащен индикатором положения. В противном случае коммутационное положение автоматического выключателя указывает орган управления, который должен иметь два четко различающихся состояния покоя, соответствующих замкнутому и разомкнутому положению его главных контактов.

При автоматическом срабатывании автоматического выключателя из-за появления сверхтока в его главной цепи орган управления автоматического выключателя может занимать отдельное, третье положение. Орган управления вертикально установленного автоматического выключателя обычно перемещается вверх-вниз. При его перемещении вверх главные контакты автоматического выключателя замыкаются, а при перемещении органа управления вниз они размыкаются. Замкнутое положение автоматического выключателя обозначают знаком I (вертикальной чертой), разомкнутое положение – знаком О (окружностью).

Для электрического присоединения автоматического выключателя к проводникам внешних электрических цепей используют выводы, которые могут быть выводами резьбового типа и выводами безрезьбового типа. Обычно автоматические выключатели оснащают резьбовыми выводами: столбчатыми, винтовыми, штифтовыми, пластинчатыми, реже – выводами для наконечников. Наиболее распространенным видом выводов у современных автоматических выключателей является столбчатый вывод, в отверстие или полость которого вставляют проводник и зажимают его одним или несколькими винтами. Некоторые фирмы начинают производить автоматические выключатели, оснащенные выводами безрезьбового типа. »

Как не оконфузиться при выборе автоматического выключателя

Краткая заметка по поводу выбора автоматических выключателей. Искренне надеюсь, что читатель не узнает для себя ничего нового.

У поста есть видеоверсия на моем ютуб канале. Реалии времени заставляют меня делать еще и видео:

Определимся с целью

Для начала нужно определиться — для чего нам автоматический выключатель в электрощите. Задача автоматического выключателя — прежде всего защитить стационарную кабельную линию от протекания токов свыше предельно допустимых. Если ток превышен — то проводники нагреваются, с плавлением и разрушением изоляции или расплавлением самих проводников. И если не случится пожара, то случится дорогостоящий ремонт, с работами по замене замурованной в стенах электропроводки. А ток может быть превышен, если к линии подключили слишком много потребителей (происходит перегрузка) или если происходит короткое замыкание. Неправильный выбор характеристик автоматического выключателя — путь к дорогостоящему ремонту, а при особенной везучести — к пожару.

Номинальный ток

Поняв, что автоматический выключатель должен защитить кабельную линию от протекания тока свыше допустимого, мы должны понять, какой же ток допустимый. Чаще всего ссылаются на вот эту табличку из ПУЭ (таблица 1.3.4):

Но, на мой субъективный взгляд, у этой таблички есть существенный недостаток, и он указан в источнике — эта табличка составлена для окружающей температуры +25, температуры земли +15 и температуры жилы (. ) +65. Длительная работа изоляции при повышенной температуре ускоряет процесс старения полимеров, поэтому мое личное мнение — указанные в таблице цифры стоит уменьшить хотя бы на 1/4. Если кабель проложен таким образом, что его охлаждение затруднено, то предельно допустимый рабочий ток также уменьшают. Например если кабель расположен в пучке с другими кабелями или под слоем теплоизоляции.

И вот в этом месте подходим к самой неочевидной вещи. В таблице указаны предельно допустимые токи, а на автоматических выключателях указан номинальный ток. Номинальный ток автоматического выключателя, указанный на нем — это ток, который может длительно проходить через автоматический выключатель и не вызывать его отключения. Для определения тока отключения заглянем в документацию, в график время-токовых характеристик:

Но это график конкретного экземпляра автоматического выключателя. В реальном мире, у автоматических выключателей есть разброс характеристик, даже у выключателей взятых из одной коробки. Поэтому на графике изображена область, в которой окажется характеристика случайно взятого автоматического выключателя.

В результате, если взять определенный ток, то мы получим диапазон значений времени, за которое сработает автоматический выключатель. От и до, как например вот здесь:

Думаю очевидно, что в расчетах стоит полагать, что нам попался самый плохой экземпляр, и берется самое худшее значение.

В автоматическом выключателе есть два расцепителя — тепловой, который достаточно точный, но медленный, и электромагнитный — очень быстрый, но неточный. (В посте (https://serkov.su/blog/?p=5563) я разбирал, как к такому пришли, и почему лучше пока ничего не придумали.) В итоге получается нелинейная зависимость времени срабатывания от протекающего тока. Для наглядности возьмем автоматический выключатель, на котором указан номинальный ток 16А. При перегрузке будет работать тепловой расцепитель:

До тока в 1,13 от номинального, расцепления совсем не произойдет (16*1,13=18,08А)

При токе в 1,45 от номинального тепловой расцепитель сработает, но за время менее 1 часа (!). (16*1,45=23,2А)

При токе в 2,55 от номинального тепловой расцепитель сработает за время менее 60 сек. (16*2,55= 40А)

При превышении тока еще сильнее — сработает электромагнитный расцепитель, но об этом чуть позже.

Все это становится понятнее, если взглянуть на график:

Откуда взялись эти магические цифры? Из стандарта (у нас в стране — ГОСТ 60898-1-220). Просто разработчики условились, что разброс параметров срабатывания расцепителей должны быть в этих пределах. Причем скорее всего взяли просто две удобные точки времени — 1 час и 1 минута, и воспользовались статистическими данными, чтобы получить кратности номинального тока.

Ну и чтобы совсем жизнь мёдом не казалась, стоит добавить, что в зависимости от температуры окружающей среды применяют коэффициенты. На жаре тепловой расцепитель прогревается и срабатывает быстрее, а вот на морозе наоборот.

А теперь сценарий везунчика по жизни. В частный дом заходит кабель, сечением 1,5 мм2. Щиток с автоматическим выключателем находится в холодном предбаннике, когда на улице мороз -35. Кабель от щитка идет через стену под слоем утеплителя. Автоматический выключатель на 16А почти час (!) будет пропускать ток в (16*1,45*1,25(поправочный на температуру, рис.4) = 29А. При 19А по табличке из ПУЭ у нас жилы будут горячими — +65С, а под слоем утеплителя изоляция уже начнет плавиться.

Еще раз резюмирую: Номинальный ток автоматического выключателя НЕ РАВЕН предельно допустимому току кабеля. Предельный ток кабеля должен вызывать отключение автоматического выключателя в адекватное время.

Тип электромагнитного расцепителя

Тепловой расцепитель медленный, что плохо при коротком замыкании — токи могут быть огромными, и даже за одну секунду могут наделать бед. Поэтому в конструкцию автоматического выключателя добавили электромагнитный расцепитель, который срабатывает за доли секунды. Но он настроен на ток в разы превышающий номинальный.

Дело в том, что некоторые виды потребителей при включении потребляют ток в разы, превышающий ток в рабочем режиме. Например мотор в пылесосе в момент включения кратковременно потребляет ток в 2-3 раза больший, но после разгона мотора, потребление снижается. Возможно вы замечали, как лампочки накаливания слегка притухают в момент включения чего-то как раз из-за этого. Вот график потребления тока мотора пылесоса:

Чтобы эти пусковые токи не заставляли сработать электромагнитный расцепитель, его характеристику сдвинули в зону бОльших токов, что бы такие кратковременные превышения тока были в зоне теплового расцепителя, который в силу своей инерционности такие краткосрочные процессы не замечает.

В итоге получилась линейка автоматических выключателей с одинаковыми тепловыми расцепителями, но с разными электромагнитными. Из-за огромного разброса параметров электромагнитных расцепителей — получились большие разбросы кратности тока срабатывания:

Характеристика В — электромагнитный расцепитель сработает при превышении тока в 3-5 раз

Характеристика С — электромагнитный расцепитель сработает при превышении тока в 5-10 раз

Характеристика D — электромагнитный расцепитель сработает при превышении тока в 10-20 раз

Вот они на графике:

Есть и другие характеристики (K, Z и т.д) но встречаются крайне редко и под заказ, поэтому опустим их.

Если по какой-то причине стартовые токи кратковременно попадут в зону действия электромагнитного расцепителя то возможны ложные срабатывания. И именно для исключения таких ложных срабатываний и сделали несколько типов характеристик.

Некоторые производители для упрощения указывают стартовые токи, вот например светодиодный драйвер уважаемой фирмы при включении кушает солидные 55А (из-за зарядки конденсатора в блоке питания), производитель даже сразу посчитал, сколько светодиодных драйверов можно подключить параллельно на один автоматический выключатель:

4 штуки с характеристикой В и 7 штук на автомат с характеристикой С. Кто бы мог подумать, что 150 ватт светодиодного света могут вышибать 16А автомат! Ситуация становится еще хуже, если используются некачественные светодиодные светильники, где производитель не только не предусмотрел плавный старт, да даже пусковой ток не регламентирует!

Если используется большое количество светодиодных светильников — то придется делить их на группы, чтобы одновременный пуск не вызывал срабатывание автоматического выключателя. Пытливый читатель задастся вопросом — а почему бы не взять просто автоматический выключатель с характеристикой «C» или «D»? Тогда бы пусковые токи не вызывали бы ложных срабатываний! Но не все так просто.

Ток короткого замыкания

Можно иногда услышать выражение «сопротивление цепи фаза-нуль», оно по сути про то же. Ток короткого замыкания — это величина тока в цепи, в случае если из-за повреждения случается короткое замыкание (прямое соединение фазного проводника и нейтрального, или соединение фазного и заземления) в самом дальнем участке. В идеальном мире с идеальными проводниками ток короткого замыкания был бы бесконечным. Но в реальном мире кабели имеют собственное сопротивление, и чем они длиннее тоньше — тем выше их собственное сопротивление. При обычной работе это не так важно — их собственное сопротивление много меньше сопротивления нагрузки. Но если случится короткое замыкание, ток будет ограничен именно этим собственным сопротивлением всех проводников в цепи + внутреннее сопротивление источника тока.

А теперь смотрим. В деревне Вилларибо измеренный ток короткого замыкания линии 278 Ампер, и электрик поставил автоматический выключатель С16:

Как видим все отлично — при коротком замыкании тока будет достаточно, чтобы электромагнитный расцепитель сработал. А вот в деревне Вилабаджо очень плохая проводка, и ток короткого замыкания всего 124 А. Смотрим на график:

В самом худшем случае, электромагнитный расцепитель типа «С» сработает при токе в 10 раз больше номинального (16*10=160А). А значит при 124А возможна ситуация, когда электромагнитный расцепитель при коротком замыкании не сработает, а пока тепловой расцепитель успеет сработать — по линии будет гулять ток в 124А, что может закончиться плохо. В таком случае деревне Вилабаджо нужно или менять проводку, чтобы уменьшить потери, или использовать автоматический выключатель типа В16, у которого электромагнитный расцепитель сработает в худшем случае при токе 5*16=80А. Теперь вы понимаете, почему характеристика типа D (10-20 *Iном) в некоторых случаях изощренный способ стрелять себе в ногу?

Как же определить ток короткого замыкания? Для проектируемых линий его можно расчитать — длина кабеля известна, сечение тоже. Для линий уже находящихся в эксплуатации — только измерять, поскольку никто не знает, на что пришлось пойти электрикам при ремонте поврежденных участков.

Для определения тока короткого замыкания есть специальные приборы. Показывать современные не интересно, поэтому покажу суровый советский олдскул, который есть у меня. М-417 измеряет сопротивление цепи путем измерения падения напряжения на известном сопротивлении, а ток короткого замыкания необходимо рассчитывать:

Щ41160, творение сумрачного советского гения. Устраивает короткое замыкание на доли секунды и измеряет ток непосредственно. В коричневой коробочке на проводе — предохранитель на 100А.:

Как правило, ток короткого замыкания измеряют при введении линии в эксплуатацию, и планово, раз в несколько лет. Только после измерения тока короткого замыкания можно сказать, правильно ли подобрана защита.

Ток короткого замыкания равен . Oh shi.

Если ток короткого замыкания будет черезчур большим? Вот тут мы сталкиваемся с отключающей способностью автоматического выключателя. В момент размыкания контактов выключателя загорается электрическая дуга, которая сама по себе проводит ток и гаснет неохотно. Для ее принудительного разрушения в конструкции автоматических выключателей предусмотрены дугогасительные камеры. Вот здесь на высокоскоростной съемке видно как работает дугогасительная камера:

На автоматическом выключателе в прямоугольной рамке нанесена величина отключающей способности в амперах — это максимальный ток, который способен разомкнуть автоматический выключатель без поломки. Вот на фото автоматические выключатели с отключающей способностью в 3000, 4500, 6000 и 10000 А:

Для наглядности я их разобрал. Большая отключающая способность заставляет не только делать дугогасительные камеры больше, но и усиливать другие конструктивные части, например защиту от прогара вбок.

Отключающая способность автоматического выключателя должна быть больше тока короткого замыкания в линии. Как правило, 6000 А достаточно для большинства применений. 4500А обычно достаточно для работы в линиях старых домов, но может быть недостаточным в новых сетях.

Коммутационная стойкость

При каждом включении/отключении автомата меж контактов загорается дуга, которая постепенно разрушает контактную группу. Производитель часто указывает количество циклов включения/отключения, который должны выдержать контакты:

Отсюда легко видеть, что автоматический выключатель не замена нормальному выключателю при частом использовании. Если пожадничать, и вместо пускателя с контактором заставить сотрудника включать/отключать мешалку дергая автомат по 10 раз в день, то автомат может прийти в негодность менее чем за пару лет. Вот фото автоматического выключателя, контакты которого пришли в негодность из-за большого тока:

Помните, каждая коммутация и срабатывание автоматического выключателя «съедает» его ресурс.

Класс токоограничения

Наверное самая мистическая характеристика. Указывается в виде цифры в квадратике. Про нее в рунете написано мало и чаще ерунда. Класс токоограничения, если упрощать, говорит о количестве электричества, которое успеет пройти через автоматический выключатель при коротком замыкании прежде, чем он отключит цепь, и говорит о быстродействии. Всего классов три:

Что интересно, отечественными стандартами класс токоограничения не регламентируется, поэтому на картинке выше нет кириллицы. Цифры в таблице — это величина интеграла Джоуля. Отечественные производители указывают класс просто потому что «так принято», а не того требуют отечественные стандарты 🙂 В быту на данный параметр можно не обращать внимание — классы хуже третьего встречаются в продаже не часто.

Селективность

Вам бы не хотелось, чтобы при перегрузке или коротком замыкании срабатывал автоматический выключатель где-то на столбе у ввода в дом. При последовательном соединении автоматов защиты, подбором их характеристик можно добиться селективности — свойству срабатывать защите ближайшей к повреждению, без срабатывания вышестоящей. И у меня две новости.

Хорошая — можно воспользоваться специальными таблицами, которые есть у многих производителей, и подобрать пары автоматических выключателей, которые при перегрузке будут обеспечивать селективность. На графике это видно как непересекающиеся графики работы расцепителей:

Но по графику вы могли понять, что плохая новость — обеспечить полную селективность автоматических выключателей при коротком замыкании затруднительно. Кривые пересекаются в области больших токов. Поэтому чаще всего речь о частичной селективности. Например, если синий график — автомат В10, а фиолетовый В40, то ток селективности составит 120А (значение взято из таблиц одного производителя для конкретной модели автоматов). Тоесть при токах меньше тока селективности — все отлично. При токах больше — сработать могут оба устройства защиты.

В бытовой серии модульных автоматических выключателей обеспечивать селективность, даже частичную, довольно трудно. Лишь большие и мощные устройства защиты, например на подстанциях, имеют тонкие настройки уставок расцепителей для обеспечения селективности с вышестоящими устройствами защиты.

Да скажи уже что ставить!?

Прежде всего то, что предусмотрено проектом.

Ну а если уж совсем среднестатистический случай с кучей оговорок, то:

Линия 1,5 мм2 — Автомат В10 с отключающей способностью 6000А

Линия 2,5 мм2 — Автомат В16 с отключающей способностью 6000А

Применение автоматического выключателя с характеристикой «C» или «D» вместо «B» должно иметь вескую причину.

Плюшки

Автоматические выключатели разных производителей могут содержать разные приятности/полезности, которые напрямую на защитные функции не влияют, но могут быть полезны:

Это различные шторки/колпачки/крышечки для пломбирования вводного автомата по требованию электросетевой компании.

Это визуальный индикатор фактического состояния контактов, такой индикатор останется красным, если контакты из-за перегрузки сварились

Это окошки для дополнительных нашлепок с электромагнитными расцепителями, контактами

Это дополнительное окошко у клемм для использования гребенки при подключении

и прочее и прочее.

Резюме

Номинальный ток автоматического выключателя не равен предельно допустимому для кабеля! В силу особенностей конструкции автоматический выключатель может длительное время пропускать через себя токи значительно больше номинальных и не отключаться.

Разные типы электромагнитных расцепителей позволяют избежать ложных срабатываний, но использовать тип С, и в особенности тип D нужно понимая что к чему.

Если ток короткого замыкания в вашей линии мал — то использование автоматического выключателя требует вдумчивого подхода.

Если ток короткого замыкания в вашей линии огромен, то отключающая способность автоматического выключателя должна быть еще больше.

А чтобы знать ток короткого замыкания, его нужно измерить специализированным прибором. И только после измерения можно сказать, будет ли правильно работать защита

Хочу сказать спасибо всем, кто принимал участие в рецензировании черновика. Буду рад указаниям на фактические ошибки в статье и ценным дополнениям.

Автоматический выключатель отходящих линий

Сообщение сайта

Belseg

Просмотр профиля

Группа: New
Сообщений: 3
Регистрация: 14.1.2020
Пользователь №: 371370

Доброго дня.
Пытался найти на форуме, но однозначного ответа не отыскал.

Ситуация следующая: есть ГРЩ нежилого здания, в котором установлены счетчики коммерческого учета на несколько помещений и отдельно стоящих зданий, входящих в комплекс построек (корпуса).

Условно для примера можно принять следующие цифры: мощность помещения 11 кВт (трехфазный ввод), ток — 17,6А.

Схема выглядит так: установлен рубильник 40А 3p в секции ГРЩ, после него автоматический выключатель с20А 3p (выбранный по току и являющийся ограничивающим), счетчик (5-60А). Все сделано под опломбировку.
Далее отходящая кабельная линия в сторону помещения-потребителя и в помещении установлен щиток с автоматами на конкретные потребители (освещение, розетки, оборудование).

Вопрос в следующем — требуется установка автоматического выключателя после счетчика на отходящую линию, но какого он должен быть номинала? Выставляя с16А 3p мы теряем в мощности, а установка дублирующего с20А 3р — вроде как и не по селективности.
Далее, в щитке помещения на вводе следует ли устанавливать автоматический выключатель (и какой номинал опять же, если да)? Расстояние от помещения до ГРЩ комплекса порядка 100 метров, да и ГРЩ обычно заперт — то есть если общий автомат отработает в ГРЩ то на включение его потребуется ощутимое время.

Заранее спасибо. Если тема уже обсуждалась — ткните носом в ссылку, пожалуйста.

Сообщение отредактировал Belseg — 14.1.2020, 17:16

Аспект

Просмотр профиля

Группа: Участники форума
Сообщений: 1606
Регистрация: 4.7.2010
Из: Украина, Донбасс — Киев
Пользователь №: 63496

Если автомат на вводе С20 3Р обеспечивает защиту от КЗ линий до ввода щита освещения, можно для отключения отходящих линий использовать выключатели нагрузки (к примеру, ВН-32 3Р 20А ИЭК). Возможны варианты установки выключателей нагрузки в схемах.

Belseg

Просмотр профиля

Группа: New
Сообщений: 3
Регистрация: 14.1.2020
Пользователь №: 371370

Спасибо за ответы.

Если автомат на вводе С20 3Р обеспечивает защиту от КЗ линий до ввода щита освещения, можно для отключения отходящих линий использовать выключатели нагрузки (к примеру, ВН-32 3Р 20А ИЭК). Возможны варианты установки выключателей нагрузки в схемах.

Меня в этом случае смущает пункт ПУЭ
«7.1.24. ВУ, ВРУ, ГРЩ должны иметь аппараты защиты на всех вводах питающих линий и на всех отходящих линиях.«

Аспект

Просмотр профиля

Группа: Участники форума
Сообщений: 1606
Регистрация: 4.7.2010
Из: Украина, Донбасс — Киев
Пользователь №: 63496

Спасибо за ответы.

Меня в этом случае смущает пункт ПУЭ
«7.1.24. ВУ, ВРУ, ГРЩ должны иметь аппараты защиты на всех вводах питающих линий и на всех отходящих линиях.«

В этом перечне есть вводные устройства ВУ, вводно-распределительные устройства ВРУ, ГРЩ, но нет щитов распределительных и освещения.

Что такое селективность защит в электроустановках. Большой образовательный сайт для электриков. Мир электричества.

Belseg

Просмотр профиля

Группа: New
Сообщений: 3
Регистрация: 14.1.2020
Пользователь №: 371370

В этом перечне есть вводные устройства ВУ, вводно-распределительные устройства ВРУ, ГРЩ, но нет щитов распределительных и освещения.

Еще раз повторюсь — в ГРЩ установлены аппараты по схеме:
-рубильник
— автомат
— счетчик
— отходящий кабель после счетчика на помещение потребителя.

Согласно вышеприведенному пункту я должен после счетчика поставить еще один автоматический выключатель? Какого номинала он должен быть?

Banned

Просмотр профиля

Группа: Участники форума
Сообщений: 334
Регистрация: 26.12.2018
Из: Москва
Пользователь №: 353539

Только на токи конкретных потребителей с учетом сечения кабеля.
Рубильник на вводе в щит помещения.

Сообщение отредактировал Banned — 17.1.2020, 1:13

Lex

Просмотр профиля

Группа: Участники форума
Сообщений: 1070
Регистрация: 1.7.2005
Из: Новосибирск
Пользователь №: 934

Еще раз повторюсь — в ГРЩ установлены аппараты по схеме:
-рубильник
— автомат
— счетчик
— отходящий кабель после счетчика на помещение потребителя.

Согласно вышеприведенному пункту я должен после счетчика поставить еще один автоматический выключатель? Какого номинала он должен быть?

Не должны.
Зачем еще один автоматический выключатель ?
У Вас уже есть на этой линии перед счетчиком.
То, что он не последний в списке не отменяет его функции.
Подбирается по защите кабеля от перегрева и по отключению от тока КЗ в отходящей линии до следующего автомата или потребителя, если автоматов дальше нет.

А на вводе в щит помещения да, ставится рубильник.
Можно поставить автомат для защиты от КЗ на шинах щита помещения.

Сообщение отредактировал Lex — 17.1.2020, 4:06

straus

Просмотр профиля

Группа: Участники форума
Сообщений: 597
Регистрация: 15.10.2006
Пользователь №: 4319

Еще раз повторюсь — в ГРЩ установлены аппараты по схеме:
-рубильник
— автомат
— счетчик
— отходящий кабель после счетчика на помещение потребителя.

Согласно вышеприведенному пункту я должен после счетчика поставить еще один автоматический выключатель? Какого номинала он должен быть?

Если отходящий кабель один, и по нагрузочной способности перекрывает автомат перед счётчиком — второй автомат не нужен. И пулемёт тоже.

А на вводе в щит помещения да, ставится рубильник.
Можно поставить автомат для защиты от КЗ на шинах щита помещения.

Но пользы мало, поскольку при КЗ стандартные автоматы не обеспечивают селективность и отрубятся оба.

Сообщение отредактировал straus — 17.1.2020, 17:52

straus

Просмотр профиля

Группа: Участники форума
Сообщений: 597
Регистрация: 15.10.2006
Пользователь №: 4319

Ну дык. Единственный вариант, когда имеет смысл ставить вводный в щите — неправильный расчёт автомата или некачественный автомат в ГРЩ. Допустим поставили там C32, а сопротивление линии не обеспечивает гарантированного тока КЗ в 320 ампер, тогда вводной B32 в щите спасает ситуацию. Или в ГРЩ стоит изделие от узкоглазых друзей, которое только внешне похоже на автомат.

Кстати лирическое отступление. Я иногда поражаюсь, насколько у нас люди ленивые и даже в чём-то глупые. Была в Киеве распродажа автоматов и УЗО от ABL. Цены не просто низкие — ниже плинтуса. Трёхфазное УЗО 30мА/63А стоило целых 110.68 грн (это меньше 300 руб). Трёхфазное! Немецкое! На 63А (были и на меньше)! Цены на трёхфазные автоматы такие же, однофазные вообще по цене порции мороженого! И это всё с разрывным током 10 кА (индустриальные серии модульки). И наши люди, посмотрев на это, покупали «проверенный ИЭК». И у каждого в кармане мобильник с мобильным интернетом. Ну не веришь ты менеджеру, что ABL это круто (даже супер круто, в Германии концерн ABL-Sursum намного известнее того же ABB), так залезь в интернет. Фирма со столетней историей, которая придумала автоматические пробки и то, что мы называем евровилкой.
Ну я посмотрел на живых идиотов, и набрал ABL на все деньги, что у меня были с собой. Через четыре дня приехал ещё, думал что впустую — фигвам, всё лежит на стеллажах, только немного УЗО забрали по безналу. Ну я и выгреб все остатки подчистую.

Источник https://www.asutpp.ru/chto-takoe-avtomaticheskiy-vyklyuchatel.html

Источник https://habr.com/ru/post/542572/

Источник http://forum.abok.ru/index.php?showtopic=128198