Несколько лет назад я опубликовал на блоге статьи по выбору автоматических выключателей и почему выбивает защитный автомат, в которых вкратце рассказал о том, какие бывают автоматы, какие у них характеристики и принципы выбора. Статьи неплохие, но к ним было несколько справедливых критических замечаний. Я решил статьи не переделывать, а написать новую статью, в которой постараюсь максимально широко изложить информацию по защитным автоматам. Будем считать, что эти статьи взаимно дополняют друг друга.
Мне попало в руки несколько автоматических выключателей нового бренда TEXENERGO, поэтому, пользуясь случаем, на их примере будем рассматривать подобные однотипные автоматы вообще.
Понятно, что TEXENERGO — бюджетный вариант, производится в Китае, сейчас это уже не новость и не повод для злопыханий. Уверен, что на этом китайском заводе производится много других брендов для разных стран, и это только плюс — там научились делать качественные дешевые автоматов по отработанной технологии.
Характеристики расцепителей защитных автоматов
Итак, внутри автомата есть два устройства расцепления (выключения), каждый из которых срабатывает независимо, в своем диапазоне токов. Работа обоих этих расцепителей приводит к тому, что они так или иначе отключают автомат, когда через него протекает сверхток (больше номинального).
Первый — тепловой расцепитель, который работает на принципе нагрева и изгиба биметаллической пластинки, по которой протекает рабочий ток автомата. Для примера, на таком же принципе работает регулятор температуры в утюге и электронагревателе. Пластинка калибрована и настроена таким образом, что при определенном токе она нагревается до определенной температуры, что приводит к её критическому изгибу и, как следствие, выключению автомата. Тепловой расцепитель обладает некоторой инерционностью, что благотворно сказывается на его работе в реальных условиях. Если можно так выразиться, он "ожидает", прежде чем сработать.
Второй расцепитель — электромагнитный. Скорость его работы гораздо выше по сравнению с тепловым расцепителем. Из названия понятен принцип работы — имеется электромагнит, который срабатывает и выключает нагрузку при коротком замыкании. Ток "расцепления" электромагнитного расцепителя в несколько раз (в разных случаях от 3 до 20) выше тока теплового расцепителя.
Рассмотрим подробно характеристики расцепителей с примерами и ссылками на ГОСТ.
Все характеристики определяются при контрольной температуре +30 °С.
Время-токовая характеристика (ВТХ)
Это — основная характеристика, которой описывается работа автоматического выключателя. У неё встречаются и другие названия —
- характеристика срабатывания,
- характеристика расцепителя,
- токовая характеристика,
- отключающая характеристика,
- защитная характеристика,
- кривая тока,
- кривая отключения,
- характеристика отключения…
Смысл один — это график, на котором показана зависимость времени отключения автомата от величины проходящего через него тока:
На графике обозначены три области — B, C, D. Согласно ГОСТ Р 50345-99 (п. 5.3.5), каждая из них определяет свой порог срабатывания электромагнитного расцепителя:
- B — от 3 до 5 In,
- C — от 5 до 10 In,
- D — от 10 до 20 In,
где In — номинальный ток теплового расцепителя.
То есть, ток срабатывания электромагнитного расцепителя нормируется через ток теплового.
Время срабатывания tср электромагнитного расцепителя типа В определяется так (ГОСТ Р 50345-2010, п. 9.10.2):
- tср ≥ 0,1 с для тока 3 In и менее,
- tср < 0,1 с для тока 5 In и более
Для характеристик типа С, D время срабатывания tср определяется аналогично.
Почему на графике ВТХ указаны не линии, а области? Дело в том, что кроме естественного разброса параметров устройств, ток расцепления зависит от температурного состояния автомата. Нижняя часть графика относится к случаю, когда автомат долго был в работе (горячее состояние), верхняя — автомат в холодном (неразогретом) состоянии.
Когда сработает тепловая, а когда — электромагнитная защита?
Чтобы было понятно, для примера возьмем автомат В10 — защитная характеристика В, номинальный ток 10 А — и проанализируем график токовый характеристики по основным диапазонам тока:
- 0…11,3 А — автомат выключаться не должен, это диапазон токов для его нормальной работы,
- 11,3…14,5 А — есть вероятность, что автомат через некоторое время сработает в результате действия теплового расцепителя (подробнее — ниже),
- 14,5…30 А — время выключения по тепловой защите составит от 1 часа (для тока 14,5 А) до 4 с (для 30 А),
- 30…50 А (3…5 In) — интересный участок, тут может сработать и тепловой расцепитель (за время от 4 до 1 с), и электромагнитный.
- если сверхток более 50 А (>5 In), работает только электромагнитная защита, поскольку тепловая тут слишком инерционная.
Что изменится, если для примера взять автомат С10? Изменится лишь участок, на котором работают оба расцепителя, он сдвинется к значениям 50… 100 А. Для автомата D10 этот диапазон будет 100…200 А.
Почему такой большой разброс? Он происходит от разброса рабочих характеристик реальных автоматов. То есть, для В10 при токе 30 А электромагнитная защита МОЖЕТ сработать, а при токе 50 А ДОЛЖНА сработать.
Зачем нужны разные защитные характеристики автоматов? Отличия — лишь в порогах отключения электромагнитного расцепителя. Превышение тока в несколько раз может произойти при пуске различных инерционных устройств. Такой ток называют пусковым, и он появляется в быту в результате включения электродвигателей.
Для большинства бытовых устройств мощность встроенных двигателей — не более 2,2 кВт, это номинальный ток 10 А. Пусковой ток при этом — до 50 А для особо тяжелых условий пуска, и длится он менее секунды. Для автомата С16 выключение по пусковому току может произойти только, если ток будет превышать 80 А.
Ток, при котором срабатывает электромагнитный расцепитель, на практике может получиться и в результате короткого замыкания. Но ток короткого замыкания не бесконечен — он определяется сопротивлением цепи от подстанции до места замыкания. Если сопротивление проводов и переходное сопротивление контактов велико (а в частном секторе это — сплошь и рядом!), ток при КЗ где-нибудь в переноске может быть всего лишь 100 А. Если наименьший автомат защиты установлен на 25 А с типом защитной характеристики С, электромагнитная защита сработает (как повезёт!) при токе от 125 до 250 А. То есть, не сработает вообще! Выручит тепловой расцепитель, но время его реакции может быть от 2 до 10 с. А за это время от искр и пламени из злополучной переноски может загореться что угодно.
Именно поэтому в частном секторе, где до подстанции — несколько километров старого алюминия, да и в квартирах я очень рекомендую ставить автоматы с характеристикой В. Защитная характеристика С вполне допустима, а характеристика D в быту не применяется — там нет и не может быть больших пусковых токов, превышающих номинальный в 10…20 раз.
Рассмотрим подробно несколько терминов и точек на характеристике.
Номинальный ток теплового расцепителя In
Это максимальный ток, который автомат может гарантированно проводить неограниченное время без негативных последствий и срабатывания расцепителей. Номинальный ток указан числом на передней части автомата, перед числом указан тип защитной характеристики.
Номинальный ток In — основной параметр автоматического выключателя.
Пример на фотографиях выше — В6. Ещё пример, автоматы с номинальным током 40 и 32 А и защитной характеристикой С:
Неотключающий ток теплового расцепителя 1,13 In
Это ток, действие которого не приводит к выключению автомата. Его называют также током условного нерасцепления. В ГОСТ Р 50345-2010 (п.8.6 и п.9.10) говорится, что автомат не должен выключаться в течение часа при токе 1,13 In. Поэтому на характеристике и указано значение 1,13.
Отключающий ток теплового расцепителя 1,45 In
Этот параметр также называют током условного расцепления. Он равен 1,45 In. Иными словами, при сверхтоке, превышающем номинал в 1,45 раза, автомат должен гарантированно сработать по тепловой защите в течение часа работы.
Проверочный ток теплового расцепителя 2,55 In
Эта точка на графике не отмечена, но в ГОСТе (Р 50345-2010, п.9.10.1.2) приведена. Данный ток используют для проверки работы теплового расцепителя защитного автомата. Время размыкания должно быть в пределах от 1 до 60 с для автоматов с In ≤ 32 А, и от 1 до 120 с для In > 32 А.
Читая эти правила и смотря на график ВТХ, можно сделать два вывода.
- Правила позволяют больший разброс времени выключения, чем это указано на графике.
- Точка 2,55 In выбрана не случайно — при этом токе во всех типах автоматов в выключении участвует только тепловой расцепитель.
Коррекция номинального тока от температуры
Как я говорил выше, все характеристики теплового расцепителя определяются при температуре окружающей среды 30 °С. Однако, автомат при работе греется, это нормально. Когда в щитке стоят несколько автоматов (а так всегда и бывает), они взаимно нагревают друг друга, и тепловой расцепитель будет срабатывать раньше, чем положено по номиналу.
Для расчета взаимного влияния существует таблица коррекции номинального тока In в зависимости от количества установленных вплотную автоматов:
Используя понижающий поправочный коэффициент из таблицы, можно приблизительно узнать, насколько уменьшится номинальный ток каждого из установленных автоматов.
Коррекция номинального тока также производится, если температура окружающей среды сильно отличается от 30 °С. Для оценки изменения номинального тока теплового расцепителя существует таблица коррекции номинального тока от температуры:
Отправная (контрольная) температура — плюс 30 °С, при её уменьшении автомат сработает позже (номинальный ток увеличится), а когда в помещении жарко — автомат выключится раньше.
Фактически, автоматы, расположенные в щитке на улице и в доме в котельной — это два автомата с разными параметрами.
Оба приведенных поправочных температурных коэффициента следует учитывать при проектировании электрооборудования.
Далее рассмотрим параметры, относящиеся только к электромагнитному расцепителю.
Номинальная наибольшая отключающая способность, Icn
На графике кривой отключения (ВТХ), приведенном выше, показаны сверхтоки только до 100 I/In. Однако, диапазон токов простирается дальше, в область килоампер. Само собой, при таких токах задача у автомата — не только отключить замкнувшую нагрузку, но и сохранить свою работоспособность. Ведь при выключении (размыкании) контактов возникает электрическая дуга (фактически — пламя), которая может привести к пожары, взрыву, обгоранию поверхности контактов. Дугу гасят дугогасительными камерами специальной конструкции, а контакты делают из стойких сплавов.
Согласно ГОСТ Р50345-99 (п. 6f), параметр Icn обозначается в рамке, и в данном случае равен 6000 А. У некоторых дешевых брендов In = 4500 А, у более дорогих автоматов такого размера — 10 кА.
Как я говорил выше, совсем не факт, что такой ток будет течь через автомат в момент КЗ, разве только если автомат расположен рядом с подстанцией. Однако, это параметр говорит о способности стойко реагировать на короткие замыкания, исключая вероятность пожара, при этом ничуть не теряя своих качеств.
Мне попадались автоматы, которые после первого же КЗ вообще не хотели включаться.
Название параметра происходит от английских слов "Capacity Normal". Другие встречающиеся названия этого параметра — предельная коммутационная способность, номинальная наибольшая отключающая способность, номинальная отключающая способность.
Часто путают этот параметр с номинальным условным током короткого замыкания Inc. Не смотря на то, что этот ток имеет те же значения (4500, 6000, 10000), он используется в описании характеристик устройств дифференциальной защиты (УЗО).
Рабочая Ics и предельная Icu отключающая способность
Эти параметры в бытовом применении не используются, и в первом приближении можно сказать, что Icn = Ics =Icu.
Слово "рабочая" (Servise) говорит о том, что автомат можно после данного тока КЗ включить (естественно, после устранения причин КЗ), и он продолжит работать с теми же параметрами. Ток Ics автомат может выдержать три раза за весь период эксплуатации, далее он подлежит замене.
Ток Icu для автомата — крайний, предельный (Ultimate), но производитель гарантирует, что автомат безопасно отключит аварийную цепь, пусть даже ценой собственной жизни.
Источник: zen.yandex.ru
Номинальная наибольшая отключающая способность автомата
Коммутационная или отключающая способность автомата – это возможность автомата отключатся определенное количество раз. Сила тока короткого замыкания (КЗ) при которой автомат сможет отключится и есть параметр отключающей способности. Бытовые автоматы маркируются по стандарту IEC 23-3/EN 60898. Международный стандарт-“Выключатели автоматические для защиты от сверхтоков электроустановок бытового и аналогичного назначения”. По существу, согласно правил этого стандарта на автоматическом выключателе указывается номинальная наибольшая отключающая способность Icn.
Коротко говоря, Icn – это сила тока КЗ при которой автомат может отключится многократно. Не потеряв при этом работоспособность. Само собой разумеется, промаркирована она в единицах силы тока – амперах. Как правило, на бытовом модульном автомате маркировка силы тока указывается в прямоугольной рамке. Как водится, бытовые автоматы имеют коммутационную способность 4500A (4,5 kA), 6000A (6 kA).
Предельная (максимальная) наибольшая отключающая способность Icu
Промышленные серии автоматов промаркированы по стандарту IEC/EN 60947-2. Международный стандарт под названием “Аппаратура распределения и управления низковольтная Часть 2 Автоматические выключатели”. В сущности, по этому стандарту на автомате указывается маркировка Icu. По сути, Icu (capacity ultimate) – предельная способность автоматического выключателя. Грубо говоря, предельная наибольшая отключающая способность – это ток КЗ при котором автомат должен отключиться дважды. И при этом не выйти из строя. Естественно, предельная отключающая способность автомата будет всегда больше номинальной отключающей способности того же автомата.
Рабочая наибольшая отключающая способность
И кроме того, на корпусе автомата могут указать Ics (capacity service). Ics – рабочая (отключающая) способность. То есть такая сила тока КЗ, при которой автомат должен отключиться трижды и остаться работоспособным. Иногда рабочая отключающая способность указывается в процентном соотношении от предельной отключающей способности.
Выбор отключающей способности автоматического выключателя
Причем, коммутационная способность зависит от напряжения сети, в которой применяется автомат. При меньшем напряжении коммутационная способность автомата будет выше. Соответственно, при большем напряжении, у того же автомата, способность будет меньше.
На первый взгляд, стоит выбирать автоматы с наибольшей отключающей способностью. Несомненно, чем коммутационная способность больше, тем более вероятность выживания автоматического выключателя. Однако, цена автоматов с высокой отключающей способностью ощутимо дороже. Учитывая что покупать автоматические выключатели приходится не в единственном экземпляре, стоит минимизировать расходы.
Безусловно, автоматы на 6000A оптимальный вариант в бытовых условиях. Поскольку в быту обычно не бывает высоких токов короткого замыкания. Однако, трансформаторная подстанция может располагаться близко к потребителю электроэнергии. В итоге сила тока короткого замыкания в сети будет иметь высокие параметры. В этом случае устанавливают автоматы на 10000A. Для небольших производственных цехов подойдут автоматы с отключающей способностью 10000A, 25000A. Однако, все это предположительные высказывания не точны. Вне сомнения, для более точного подбора автомата нужно измерять предполагаемый ток короткого замыкания.
Вы можете прочитать статьи на похожие темы в рубрике – Автоматизация и защита
Ваш Удобный дом
Источник: www.natrix-el.kz
Номинальная наибольшая отключающая способность (Icn) определяет отключающую способность автоматического выключателя во время короткого замыкания (в амперах или килоамперах) при возможном доступе к устройству необученного персонала (бытовое применение). Определяется производителем согласно циклам испытаний по ГОСТ Р 50345-2010
Номинальная предельная наибольшая отключающая способность (Icu) определяет отключающую способность автоматического выключателя во время короткого замыкания (в килоамперах) при возможном доступе к устройству обученных и квалифицированных лиц (промышленное применение). Определяется производителем согласно циклам испытаний по ГОСТ Р 50030.2-2010
Согласно ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003)
Номинальная наибольшая отключающая способность (Icn) — это значение предельной наибольшей отключающей способности, указанное для выключателя изготовителем.
Предельная наибольшая отключающая способность (ultimate short-circuit breaking capacity) — отключающая способность, для которой предписанные условия, соответствующие указанному циклу испытаний, не предусматривают способности выключателя проводить в течение условного времени ток, равный 0,85 тока нерасцепления.
Выключатель с указанной номинальной наибольшей отключающей способностью (Icn) имеет соответствующую ей рабочую наибольшую отключающую способность (Ics).
Соотношение между рабочей (Ics) и номинальной (Icn) наибольшими отключающими способностями (коэффициент К)
| Icn,A | К |
|---|---|
| до 6000 включительно | 1,00 |
| св. 6000 до 10000 включительно | 0,751) |
| св. 10000 | 0,52) |
| 1)Минимальное значение Ics = 6000 А 2)Минимальное значение Ics = 7500 А. |
|
Согласно ГОСТ Р 50030.2-2010 (МЭК 60947-2: 2006)
Номинальная предельная наибольшая отключающая способность (Icu) — это значение предельной наибольшей отключающей способности, установленное изготовителем для данного выключателя при соответствующем номинальном рабочем напряжении в условиях, определяемых циклом испытаний. Она выражается как значение ожидаемого тока отключения в килоамперах (действующее значение периодической составляющей в случае переменного тока).
Предельная наибольшая отключающая способность (ultimate short-circuit breaking capacity) — отключающая способность, для которой согласно предписанным условиям в соответствии с установленным циклом испытаний не предполагают способности данного выключателя длительно проводить свой номинальный ток.
Номинальная рабочая наибольшая отключающая способность (Ics) — это значение рабочей наибольшей отключающей способности, установленное изготовителем для данного выключателя при соответствующем номинальном рабочем напряжении в условиях, определяемых циклом испытаний. Она выражается как значение ожидаемого тока отключения в килоамперах, соответствующее одному из определенных процентных значений номинальной предельной наибольшей отключающей способности согласно таблице (см.ниже), округленному до ближайшего целого числа. Она может быть выражена в процентах от Icu (например, Ics = 25 % Icu).
С другой стороны, когда номинальная рабочая наибольшая отключающая способность равна номинальному кратковременно выдерживаемому току, она может быть задана значением в килоамперах при условии, что она не ниже минимума по таблице (см.ниже).
Если Icu превышает 200 кА для категории применения А или 100 кА для категории применения В, изготовитель может указать значение Ics, равное 50 кА.
Таблица — стандартные соотношения между Ics и Icu в процентах от Icu
| Категория применения А | Категория применения B |
|---|---|
| 20% | — |
| 50% | 50% |
| 75% | 75% |
| 100% | 100% |
Источник: www.profsector.com
