Выбор автоматического выключателя: виды и характеристики электрических автоматов

Типы устройств защиты

В системах защиты для разных целей используются устройства различных типов.

Автоматические выключатели

Это приборы, предназначенные для автоматического отключения потребителей при аварийных ситуациях, сопровождающихся превышением тока свыше определённого значения. Такие ситуации возникают при превышении нагрузки или коротком замыкании.

Могут использоваться в качестве выключателей. Заменяют собой рубильник и предохранители с плавкими вставками. Включение и отключение осуществляется вручную или дистанционно, при помощи встроенного механизма.

УЗО и дифференциальные автоматы

Нарушение изоляции и прикосновение человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением, может привести к поражению электрическим током. Для предотвращения таких ситуаций используется УЗО или дифференциальный автомат.

Работают эти устройства по принципу сравнения токов, проходящих по всем проводам линии. В нормальных условиях сумма равна “0”, а при пробое изоляции на заземлённый корпус или попадании человека под напряжение появляется утечка, и равенство токов в проводах нарушается. Это приводит к срабатыванию защиты.

Реле напряжения

Электроаппаратура рассчитана на определённое напряжение сети. Выход этих параметров за допустимые пределы приводит к поломке оборудования. Для защиты потребителей используется реле напряжения.

В этих приборах находится электронная схема и реле. При выходе параметров сети за допустимые пределы схема отключает реле и повторно включает его через определённое заранее заданное время при возврате напряжения к допустимым значениям.

Наибольшая отключающая способность

Ics/Icu и Icu

А вот этот параметр наиболее интересен, хотя указывают его далеко не все производители. Это так называемая, наибольшая отключающая способность в зависимости от напряжения.

Упрощенно по поводу Icu можно сказать следующее. Если ток КЗ прошедший через автомат, будет соответствовать данному значению указанному на корпусе, то автоматический выключатель успешно выполнит свою задачу только один раз.

Далее он уже будет не пригоден к последующей эксплуатации. Его по любому придется заменить.

Если же ток КЗ будет равен параметру Ics/Icu, то автоматом можно пользоваться и дальше.

Данные надписи порой очень важны и позволяют оценить возможность применения коммутационного аппарата при различном номинальном напряжении. Как понимаете, токи КЗ при этом будут существенно отличаться.

Отключающая способность автоматов имеет квадратичную зависимость от питающего напряжения. Вот посмотрите насколько существенна эта разница.

Поэтому купить автомат для однофазки 220В, это не то же самое что для трехфазки 380В. Подберете неправильно и ждите последствий при первом же КЗ:

пожар и выгорание корпуса

ненормальный гул при последующем включении, если автомат все таки “выжил”

неселективная работа или спекание контактов

Хорошо, если он у вас вообще отключится. Фактически выключатель в таком случае превращается в предохранитель.

Вот только стоимость его в разы отличается от простейших устройств с плавкими вставками. Спрашивается, стоило ли переплачивать?

Конструкция автоматических выключателей

Важной составной частью автомата является расцепитель, который контролирует заданный параметр защищаемой сети и воздействует на расцепляющее устройство, отключающее автомат. Наибольшее распространение получили расцепители следующих типов:

1. электромагнитные (для защиты от токов КЗ);
2. тепловые (для защиты от перегрузок);
3. комбинированные, в том числе и электронные.

Электромагнитный расцепитель состоит из катушки с подвижным сердечником и возвратной пружины. При протекании по катушке тока КЗ сердечник мгновенно втягивается и воздействует на отключающую рейку механизма свободного расцепления.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, соединенную последовательно с контактом. При нагревании ее током перегрузки она изгибается и воздействует на отключающую рейку механизма свободного расцепления.

Интересное видео об устройстве автоматических выключателей смотрите ниже:

Например, выключатели серии Compact NS (Merlin Gerin) обладают исключительной токоограничивающей способностью благодаря технологии двойного размыкания (очень быстрое разъединение контактов под действием электродинамических сил и возникновение двух последовательных напряжений дугового pазpяда с крутым волновым фронтом).

Времятоковая характеристика

Что обозначает этот физический показатель? В принципе, все достаточно просто. При перегрузе сети, особенно когда нагрузка зависит от пускового момента бытового прибора, происходит отключение автомата. Но так как данная нагрузка является краткосрочной, то иногда нет необходимости отключать питающую сеть. Получается так, что автомат дает возможность прибору включиться, и при этом он не отключает подачу электроэнергии в электрическую разводку здания.

Но тут есть один нюанс. Сколько времени требуется бытовому прибору войти в штатный режим работы, насколько быстро он включается? То есть, как долго будет действовать пусковой ток? Именно временной показатель и закладывается в эту характеристику автоматического выключателя. Это создает условия, при которых отключение автомата будет уменьшено.

Существует несколько автоматов с разными времятоковыми нагрузками.

• Тип-А. Это устройство применяется в линейных сетях, в которых длина электрической разводки очень большая, или где установлены полупроводниковые приборы. Выдерживает перегруз в 2-3 раза.
• Тип-В. Обычно устанавливают в сети с активной нагрузкой и малой кратностью пускового токового момента. Обычно такие автоматы используются на участках, в которые устанавливаются освещение, печи, обогреватели и так далее. Перегруз составляет 3-5 номинальных нагрузок.
• Тип-С. Монтируется в сети с умеренными токовыми нагрузками. Это обычно розеточные группы, куда подключаются кондиционеры, холодильники. Выдерживает превышение номинала в 5-10 раз.
• Тип-D. Используется в цепях, где установлены агрегаты с высоким пусковым током. Это могут быть компрессоры, насосы, небольшие станки. Превышение составляет 10-20 номиналов.
• Тип-К. используется в электрических цепях с индуктивными нагрузками. Превышение: 8-12.
• Тип-Z. Такие автоматы устанавливаются в цепи, в которые подключены электронные приборы. Они чувствительны к сверхтокам.

Если говорить о бытовом применении, то чаще всего в электроразводки устанавливают типы «B» и «C», редко «D».

Итак, как определить на самом автоматическом выключателе обе характеристики? Обычно на корпусе можно встретить вот такое обозначение: «С16» или любое другое, главное, чтобы это была буква латинского алфавита и число. Это говорит о том (в данном случае), что номинал автоматического выключателя по току составляет 16 ампер, а времятоковая характеристика относит данный прибор к типу «С». То есть, этот автомат будет некоторое время выдерживать силу тока, равную 80-160 ампер. Обычно время срабатывания автомата равно 0,1 секунды.

Как рассчитать номинальный ток автоматического выключателя? Все достаточно просто. Давайте рассмотрим такой расчет на примере розеточной группы, куда подключают электрический чайник мощностью 1,5 кВт, холодильник мощностью 400 Вт и посудомоечную машину – 2,5 кВт.

В первую очередь необходимо определить суммарную мощность потребителей, которая равна 4,4 кВт. Теперь вставляем все показатели в формулу закона Ома:

I=P/U=4400. 220=20 А. Автомат с такой токовой нагрузкой у нас в каталоге присутствует, но необходимо учитывать те условия, которые были оговорены в статье выше. То есть, лучше выбрать автоматический выключатель с большим номиналом тока. А это будет 25 ампер.

Автоматические выключатели – технические характеристики и правильный выбор по ним

Характеристики электрических автоматов

Для чего служит автомат

В цепи электропитания автомат ставят для предупреждения возгорания проводки. Любая проводка рассчитана на прохождение какого-то определенного тока. Если пропускаемый ток превышает номинальное значение, провод начинает слишком сильно греться. Если такая ситуация сохраняется долгий промежуток времени, начинает плавиться проводка, что приводит к короткому замыканию и возгоранию. Автомат защиты ставят чтобы предотвратить эту ситуацию.

Пакетник или автомат защиты необходим для предотвращения перегрева проводников и отключения в случае КЗ

Вторая задача автомата защиты — при возникновении тока короткого замыкания (КЗ) отключить питание. При замыкании токи в цепи возрастают многократно и могут достигать тысяч ампер. Чтобы они не разрушили проводку и не повредили аппаратуру, включенную в линию, автомат защиты должен отключить питание как можно быстрее — как только ток превысит определенный предел.

Чтобы защитный автоматический выключатель исправно выполнял свои функции, необходимо правильно сделать выбор автомата по всем параметрам. Их не так много — всего три, но с каждой надо разбираться.

Тепловой расцепитель автоматического защитного выключателя

Основным элементом этого устройства является биметаллическая пластина. При ее изготовлении используется два металла с различными коэффициентами теплового расширения.

Будучи спрессованными вместе, они при нагревании расширяются в разной степени, что приводит к искривлению пластины. Если ток не нормализуется в течение длительного времени, то по достижении определенной температуры пластина касается контактов АВ, прерывая цепь и обесточивая проводку.

Основной причиной чрезмерного нагрева биметаллической пластины, из-за которого срабатывает тепловой расцепитель, является слишком высокая нагрузка на определенном участке линии, защищенном автоматом.

Например, сечение выходного кабеля АВ, идущего в помещение, составляет 1 кв. мм. Можно подсчитать, что он способен выдерживать подключение приборов суммарной мощностью до 3,5 кВт, при этом сила проходящего в линии тока не должна превышать 16А. Таким образом, в эту группу можно спокойно подключить телевизор и несколько осветительных приборов.

Если хозяин дома решит включить в розетки этой комнаты дополнительно стиральную машину, электрокамин и пылесос, то общая мощность станет намного выше той, что способен выдержать кабель. В результате возрастет сила тока, проходящего по линии, и проводник станет нагреваться.

Перегрев кабеля может привести к тому, что изоляционный слой расплавится и загорится.

Чтобы этого не произошло, в действие вступает тепловой расцепитель. Его биметаллическая пластина нагревается вместе с металлом провода, и через некоторое время, изогнувшись, отключает питание группы. Когда она остынет, защитное устройство можно снова включить вручную, предварительно вытащив из розетки шнуры питания приборов, которые привели к перегрузке. Если этого не сделать, через некоторое время автомат вырубит снова.

Пример использования расцепителя в противопожарной защите на видео:

Важно, чтобы номинал АВ соответствовал сечению кабеля. Если он будет меньше нужного, то срабатывание будет происходить даже при нормальной нагрузке, а если больше, то тепловой расцепитель не отреагирует на опасное превышение тока, и в итоге проводка сгорит. В целях защиты электромоторов от длительных перегрузок и обрыва фаз на эти агрегаты могут также устанавливаться тепловые реле расцепления

Они представляют собой несколько биметаллических пластин, каждая из которых отвечает за отдельную фазу силового агрегата

В целях защиты электромоторов от длительных перегрузок и обрыва фаз на эти агрегаты могут также устанавливаться тепловые реле расцепления. Они представляют собой несколько биметаллических пластин, каждая из которых отвечает за отдельную фазу силового агрегата.

Виды автоматов

Классификация автоматических выключателей происходит по следующим параметрам:

• количество полюсов;
• номинальный и предельный токи;
• применяемый тип электромагнитного расцепителя;
• максимальная мощность отключаемой способности.

Рассмотрим по порядку.

Количество полюсов

Количество полюсов — такое количество фаз, которое способен защищать автомат. По количеству полюсов автоматы могут быть:

1. Однополюсные.
   Обеспечивается защита одного выходящего провода, одной фазы.
2. Двухполюсные.
   Как правило, это два совмещенных однополюсных автомата с одной общей ручкой управления. В ситуации, когда ток одного из автоматов превышает разрешенную нагрузку происходит отключение обоих устройств. Используются двухполюсные автоматы для полного отключения нагрузки (одна фаза), отключая рабочую фазу и рабочий нуль.
3. Трехполюсные.
   Используются с трехфазными цепями, при превышении нагрузки происходит отключение трех фаз одновременно. Такие автоматы так же имеют один общий размыкатель цепи.
4. Четырехполюсные.
   Аналогичны двухполюсным, но предназначены для работы с трехфазными цепями. При превышении нагрузки происходит размыкание трех фаз и рабочего нуля одновременно.

Номинальный и предельный токи

Тут все просто — такая сила тока, при которой автомат будет размыкать цепь. При номинальном токе и даже немного больше заявленного будет осуществляться работа, однако только при превышении предельного тока на 10–15% произойдет отключение. Обусловлено это тем, что достаточно часто стартовые токи превышают предельно возможные токи на небольшой промежуток времени, поэтому в автомате есть определенный запас времени, по истечению которого произойдет размыкание цепи.

Тип электромагнитного расцепителя

Эта деталь автомата, которая позволяет размыкать цепь при коротком замыкании, а так же в случае повышения тока (перегрузки) на определенное количество раз. Расцепители разделяются на несколько категорий, рассмотрим самые популярные:

• B — размыкание при превышении номинального тока в 3–5 раз;
• C — при превышении в 5–10 раз;
• D — при превышении в 10–20 раз.

Максимальная мощность отключаемой способности. Такое значение тока короткого замыкания (определяется в тысячах ампер), при котором автомат останется рабочим после размыкания цепи из-за короткого замыкания.

Подбор оптимального сечения кабеля

Каждый кабель, как и автомат, имеет определенный разрешенный ток нагрузки. В зависимости от сечения и материала кабеля варьируется и ток нагрузки. Для выбора автомата по сечению кабеля следует использовать таблицу.

Необходимо заметить, что допускается выбирать кабель с небольшим запасом, но никак не пакетный выключатель! Автомат должен соответствовать планируемой нагрузке! В соответствии с правилами устройств электроустановок 3.1.4 — токи уставок автоматов следует выбирать такие, которые будут меньше расчетных токов выбираемых зон.

Рассмотрим на примере, на определенном участке электропроводка проложена кабелем сечением 2.5 мм квадратных, а нагрузка составляет 12 кВт, в данном случае при монтаже автомата (по минимальному току) на 50 А произойдет возгорание проводки, так как провод с данным сечением рассчитан на разрешенный ток в 27 А, а через него проходит значительно больше. В данном случае разрыва цепи не происходит, так как автомат адаптирован под данные токи, а провод — нет, автоматика отключит автомат только в случае короткого замыкания.

Пренебрежение данным правилом грозит серьезными последствиями!

Именно благодаря такому принципу проводка никогда не перегреется и, следовательно, не произойдет возгорания.

Где применяется автомат c10

Однополюсные и двухполюсные автоматы c10 могут быть применены как автоматы на отдельный электроприбор мощностью около 2,2 килоВатт. Соответственно, трехполюсные и четырехполюсные автоматы c10 могут применяться для отдельного электроприемника мощностью 3,8 КилоВатта.

Несомненно, однополюсный автомат c10 наиболее подходит для защиты цепей освещения. Разумеется, ведь для бытовых осветительных сетей применяется кабель с жилами на 1,5мм. Это подходящее сечение кабеля для сетей освещения. Значит, автоматический выключатель C10 – один из вариантов оптимальной защиты для такого кабеля.

Строго говоря, автомат c10 может применяться и для активной и для индуктивной нагрузки, а также и для других видов нагрузки. То есть, он может применяться как для защиты освещения и нагревательных приборов, так и для защиты двигателей, трансформаторов, а также различных электронных электроприборов. Однако, настоящее его применение – это сеть со смешанной нагрузкой.

По сути, автомат с обозначением буквы C имеет усредненные характеристики и предназначен для установки в сеть, к которой подключены разные виды нагрузок.  С другой стороны, для более корректной защиты двигателя часто приходится применить автомат с характеристиками D, а для защиты нагревательного элемента с характеристиками B.

Обзор брендов

Итак, для начала вкратце расскажем об основных производителях автоматических выключателей. Что касается зарубежных брендов, наиболее известными считаются:

• ABB. Шведско-швейцарская компания, которая по праву считается лидером в области производства электротехнической продукции. На сегодняшний день автоматические выключатели ABB являются наиболее качественными, долговечными и безопасными в использовании. Как Вы понимаете, за такую зарубежную продукцию придется отдать больше денег, нежели за отечественную модель. В то же время разница в цене небольшая, поэтому для дома и квартиры рекомендуем покупать автоматы от производителя АББ.
• Legrand. Страна производитель – Франция. Автоматические выключатели фирмы легранд не уступают по качеству марке ABB, поэтому для электромонтажных работ продукцию Legrand также предпочтительно выбирать. По стоимости автоматы примерно такие же, собственно, как и по надежности.

• Schneider Electric. Еще одна французская фирма, которая закрывает ТОП-3 лучших производителя, специализирующихся на выпуске надежных автоматических выключателей. Шнайдер Электрик уже очень давно обосновался на российском рынке электротехнической продукции и имеет множество положительных отзывов от опытных электриков.

• General Electric. Американский производитель силовых автоматов и другой электротехнической продукции, которого также можно назвать одним из лучших по качеству. На сегодняшний день существует множество дискуссий на форумах по поводу того, что лучше: GE или Legrand. Тут можно сказать, что обе марки выпускают автоматические выключатели хорошего качества, но по факту, на Легранд спрос больше на российском рынке.
• Siemens. Компания Сименс специализируется не только на выпуске автоматики, но все же имеет широкий ассортимент моделей для промышленного и бытового применения. Качество уже немного хуже, нежели у тройки лидеров, но все же является очень высоким. Цена, также немного ниже по сравнению с такими производителями, как АББ, Легранд и Шнайдер Электрик.
• Moeller. Немецкая фирма, удачно конкурирующая с таким мировым гигантом, как ABB. Несмотря на то, что в 2007 году Moeller была выкуплена американской Eaton Corporation, на качестве и надежности продукции это не отобразилось в худшую сторону. Автоматические выключатели фирмы Moeller соответствуют всем мировым стандартам и пользуются высокой популярностью.

Среди отечественных производителей автоматов, лучшее качество у таких брендов, как:

• КЭАЗ. Продукция курского завода имеет среднее качество и примерно такую же цену. В линейке автоматических выключателей можно найти модель на любой номинальный ток, в то же время гарантия на автоматы 2 года, что дополнительно свидетельствует о хорошей надежности изделий.
• IEK. Скандально известная, судя по отзывам на тематических форумах, российская компания, которая изготавливает автоматы сомнительного качества. Недостаток продукции ИЕК в том, что при перетяжке прижимных винтов пластиковый корпус может разойтись. В то же время АВ гудят, даже если нагрузка далеко не критическая. Несмотря на свои недостатки, автоматические выключатели ИЕК пользуются высоким спросом на рынке России и Украины, что связано с низкой стоимостью автоматики данного производителя.
• Контактор. Завод принадлежит фирме Легранд, поэтом качество продукции на порядок выше, чем у остальных отечественных брендов. В то же время стоимость автоматов «Контактор» примерно такая же, как и у продукции стран евросоюза, поэтому, как нам кажется, лучше уже купить проверенную автоматику и быть уверенным в ее надежности.
• DEKraft. Относительно молодая российская фирма, которая занимается выпуском электротехнических товаров. Невысокая стоимость оправдывает не слишком хорошее качество, по сравнению с мировыми производителями. В то же время автоматы декрафт соответствуют всем российским стандартам и даже используются в строительстве бюджетных промышленных объектов, массового жилья.

Также хотелось бы сказать несколько слов о продукции из Китая. Китайские автоматические выключатели EKF electrotechnica, прямым конкурентами которых являются автоматы IEK. У обеих фирм примерно одинаковая цена и похожее качество. Как ни странно, Китай дает гарантию на свой товар сроком в 5 лет.

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). По некоторым источникам, отсутствие маркировки этого параметра равносильно классу 1. Самый высокий класс, который мне попадался — это 4-й у автоматов OptiDin производства КЭАЗ.

Тип электромагнитного расцепителя

Автомат должен срабатывать при повышении тока выше определенной отметки. Но в сети периодически возникают кратковременные перегрузки. Обычно они связаны с пусковыми токами. Например, такие перегрузки могут наблюдаться при включении компрессора холодильника, мотора стиральной машины и т.д. Автоматический выключатель при таких временных и краткосрочных перегрузках отключаться не должен, потому у них есть определенная задержка на срабатывание.

Но если ток возрос не из-за перегрузки а из-за КЗ, то за время, которое «выжидает» автоматический выключатель, контакты его расплавятся. Вот для этого и существует электромагнитный автоматический расцепитель. Он срабатывает при определенной величине тока, которая уже не может быть перегрузкой. Этот показатель называют еще током отсечки, так как в этом случае автоматический выключатель отсекает линию от электропитания. Величина тока срабатывания может быть разной и отображается буквами, которые стоят перед цифрами, обозначающими номинал автомата.

Есть три самых ходовых типа:

• B — срабатывает при превышении номинального тока в 3-5 раз;
• C — если он превышен в 5-10 раз;
• D — если больше в 10-20 раз. Класс автомата или тока отсечки

С какой же характеристикой выбрать пакетник? В данном случае выбор автомата защиты также основывается на отдаленности вашего домовладения от подстанции и состояния электросетей выбор автомата защиты проводят ползуясь простыми правилами:

• С буквой «B» на корпусе подходят для дач, домов селах и поселках, которые получают электропитание через воздушки. Также их можно ставить в квартиры старых домов, в которых реконструкция внутридомовой электросети не производилась. Эти защитные автоматы далеко не всегда есть в продаже, стоят немного дороже категории С, но могут доставляться под заказ.
• Пакетники с «C» на корпусе — это наиболее широко распространенный вариант. Они ставятся в сетях с нормальным состоянием, подходят для квартир в новостройках или после капремонта, в частных домах недалеко от подстанции.
• Класс D ставят на предприятиях, в мастерских с оборудованием, имеющим высокие пусковые токи.

То есть по сути выбор автомата защиты в этом случае прост — для большинства случаев подходит тип C. Он и есть в магазинах в большом ассортименте.

Нагрузочная характеристика автоматических выключателей

Нагрузочная характеристика большинства автоматических выключателей зависит от температуры окружающей среды: при ее снижении коэффициент нагрузки увеличивается, при повышении – падает (рис.6.5). Это ограничивает возможность их использования в условиях жесткого температурного режима эксплуатации, особенно в горячих цехах или на открытом воздухе.

Разнесение функций защитных устройств на несколько независимых устройств создает массу неудобств при монтаже и эксплуатации.

Поэтому перед разработчиками остро встала проблема создания универсального устройства.

Последние поколения автоматических выключателей снабжены так называемыми электронными расцепителями, осуществляющими комплексную защиту электродвигателя и объединяющими в одном устройстве функции всех вышеперечисленных расцепителей.

Электропитание, необходимое для правильной работы, обеспечивается непосредственно трансформаторами тока расцепителя.

Кривая срабатывания выключателя, максимально приближенная к рабочей характеристике асинхронного электродвигателя (рис.6.6), определяет следующие виды защит :

• защита от перегрузки с обратнозависимой выдержкой по времени;
• защита от заклинивания ротора электродвигателя с определенной выдержкой времени;
• защита от короткого замыкания с мгновенным срабатыванием.

Интересное видео о характеристиках автоматов смотрите в видео ниже: