Время-токовые характеристики автоматических выключателей (В, С, D)

Время-токовые характеристики автоматических выключателей (В, С, D)

Многие, наверное, замечали, что на корпусах модельных защитных выключателей указаны буквы латинского алфавита – B, C или D. Они обозначают време-токовую характеристику или ток мгновенного расцепления данного устройства.

В соответствии с пунктом 3.5.17 ГОСТа Р 50345-99, ток мгновенного расцепления – это минимальные показатели электротока, при котором устройство отключается без электромагнитной защиты, то есть без выдержки времени.

Пунктом 5.3.5 того же ГОСТа установлено, что существует три вида данной характеристики:

1.B– от 3 In до 5 In.

2.C – от 5 In до 10 In.

3.D – от 10 In до 20 In.

In– это номинальный показатель предохранительного элемента.

Рассмотрим эти виды многоцелевого расцепления на примере модульного коммутационного устройства ВА 47-29.

Автомат, защищающий сеть, несет 2 задачи:

• вовремя определить слишком большой ток;
• разорвать цепь до того, как возникнет повреждение.

Главная задача автоматического выключателя – отреагировать на появление чрезмерного тока и обесточить сеть. Опасно влияют на сеть 2 вида токов:

• ток перегрузки, возникающий из-за включения большого количества приборов в сеть;
• сверхтоки из-за короткого замыкания.

Современные электромагнитные устройства легко и безошибочно определяют ток короткого замыкания и выключают нагрузку. С током перегрузки проблем больше. Они не сильно отличаются от номинального значения и в течение некоторого промежутка времени протекают без последствий. Проблема заключается в наличии предельного значения тока нагрузки, который и вредит сети.

Область применения

Применяются автоматические выключатели везде, где находятся электронные приборы. Устанавливаются и в бытовых условиях (для защиты квартир, частных домов), на производственных предприятиях, в бизнес-центрах, торговых комплексах.

Для каждой характеристики существует свой график зависимости времени срабатывания от кратности номинального тока.

Разберем детально график время токовой характеристики С.

На графике изображены две линии с закрашенной областью между ними – это диапазон срабатывания автоматического выключателя. Для характеристики C, зона срабатывания мгновенного расцепителя ограничена 5 – 10 величинами номинального тока автомата. На данном графике, при кратности тока 5In (In- номинальный ток), автомат отключится в диапазоне 0,015 – 8 секунд, а при кратности тока 10In – менее чем за 0,02 секунды. Достигнув значения 1,13In – автомат проработает не менее 1 часа. Это значение называется током условного не отключения. При значении 1,45In (ток условного отключения) – автомат сработает в диапазоне от, приблизительно, 1,5 минут до 60 минут.

Диапазоны срабатывания мгновенного расцепителя для разных время токовых характеристик:

• B – 3In – 5In
• С – 5In — 10In
• D – 10In – 20In

Выбор автомата по время токовой характеристике для домашней электросети

В каких случаях применяются автоматические выключатели с той или иной время токовой характеристикой:

• Если в квартире или доме не подразумевается использования большого количества приборов со значительными пусковыми токами, то можно ограничиться автоматами типа B.
• Для квартиры или дома, в котором будет работать большое количество бытовой электротехники со значительными пусковыми токами (кондиционеры, бойлер, стиральная машина, газоразрядные лампы и др.), необходимо использовать автоматические выключатели с характеристикой С.
• Автоматы с характеристикой D применяют в производственных помещениях для защиты цепей с высокими пусковыми токами.

Для защиты электропроводки в обычной городской квартире, на групповые линии достаточно установить автоматические выключатели с характеристикой B, а в качестве вводного использовать автомат с характеристикой C.

Какое сечение кабеля, каким автоматом защищать?

Как видно из графиков, автомат отключится сразу, только при достижении диапазона токов мгновенного расцепления, а в диапазоне 1,13In – 1,45In может проработать достаточно долго.

Для того чтобы понять, какой кабель, каким автоматом защищать, определим токи условного не расцепления и условного расцепления для автоматов различного номинала.

Для каждого сечения кабеля известны длительно допустимые токи, т.е. токи при которых кабель может работать длительное время без последствий. Превышение этого показателя приводит к его перегреву и повреждению изоляции. Значения длительно допустимых токов для различных кабелей указаны в ПУЭ (правила устройства электроустановок).

Выпишем допустимые токи для кабелей различных сечений:

• 1,5 кв. мм – 19A
• 2,5 кв. мм – 25А
• 4 кв. мм – 35А
• 6 кв. мм – 42А
• 10 кв. мм – 55А
• 16 кв. мм – 75А

Главная задача, при подборе автомата для защиты кабеля, не допустить протекания через него тока, который превышает длительно допустимый.

Исходя из имеющихся данных, подберем автоматические выключатели для различных сечений кабеля:

• кабель 1,5 кв. мм – автомат 10A
• кабель 2,5 кв. мм – автомат 16А
• кабель 4 кв. мм – автомат 20А, 25А (допустимо)
• кабель 6 кв. мм – автомат 25А, 32А (допустимо)
• кабель 10 кв. мм – автомат 40А
• кабель 16 кв. мм – автомат 50А

Заключение

Время токовая характеристика – это важный параметр, который необходимо учитывать при выборе автоматических выключателей.

• автоматический выключатель не срабатывает сразу после превышения его номинального тока;
• в диапазоне до 1,45 номинального тока, он способен проработать около 1 часа;
• до достижения тока условного не расцепления (1,13 In) автомат не отключится;
• сразу отключится только при достижении токов мгновенного расцепления.

Помните, что от правильного выбора автоматического выключателя зависит безопасность электропроводки в вашей квартире или доме.

Особенности работы автоматов защиты сети

К какому бы классу ни относился автоматический выключатель, его главная задача всегда одна – быстро определить появление чрезмерного тока, и обесточить сеть раньше, чем будет поврежден кабель и подключенные к линии устройства.

Токи, которые могут представлять опасность для сети, подразделяются на два вида:

• Токи перегрузки. Их появление чаще всего происходит из-за включения в сеть приборов, суммарная мощность которых превышает ту, что линия способна выдержать. Другая причина перегрузки – неисправность одного или нескольких устройств.
• Сверхтоки, вызванные КЗ. Короткое замыкание происходит при соединении между собой фазного и нейтрального проводников. В нормальном состоянии они подключены к нагрузке по отдельности.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя – на видео:

Токи перегрузки

Величина их чаще всего незначительно превышает номинал автомата, поэтому прохождение такого электротока по цепи, если оно не затянулось слишком надолго, не вызывает повреждения линии. В связи с этим мгновенного обесточивания в таком случае не требуется, к тому же нередко величина потока электронов быстро приходит в норму. Каждый АВ рассчитан на определенное превышение силы электротока, при котором он срабатывает.

Время срабатывания защитного автоматического выключателя зависит от величины перегрузки: при небольшом превышении нормы оно может занять час и более, а при значительном – несколько секунд.

За отключение питания под воздействием мощной нагрузки отвечает тепловой расцепитель, основой которого является биметаллическая пластина.

Этот элемент нагревается под воздействием мощного тока, становится пластичным, изгибается и вызывает срабатывание автомата.

Токи короткого замыкания

Поток электронов, вызванный КЗ, значительно превосходит номинал устройства защиты, в результате чего последнее немедленно срабатывает, отключая питание. За обнаружение КЗ и немедленную реакцию аппарата отвечает электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником. Последний под воздействием сверхтока мгновенно воздействует на отключатель, вызывая его срабатывание. Этот процесс занимает доли секунды.

Однако существует один нюанс. Иногда ток перегрузки может также быть очень большим, но при этом не вызванным КЗ. Как же аппарат должен определить различие между ними?

На видео про селективность автоматических выключателей:

Здесь мы плавно переходим к основному вопросу, которому посвящен наш материал. Существует, как мы уже говорили, несколько классов АВ, различающихся по времятоковой характеристике. Наиболее распространенными из них, которые применяются в бытовых электросетях, являются устройства классов B, C и D. Автоматические выключатели, относящиеся к категории A, встречаются значительно реже. Они наиболее чувствительны и используются для защиты высокоточных аппаратов.

Между собой эти устройства различаются по току мгновенного расцепления. Его величина определяется кратностью тока, проходящего по цепи, к номиналу автомата.

Пример использования токовременной характеристики автоматического выключателя класса «В»

Предположим, стоит у нас в распределительном щите автомат на 10А с параметрами класса «B». Мы не случайно выбрали 10А, во-первых, ими часто пользуются в домашних электрических сетях , а во-вторых, так проще производить расчеты.

Итак, случилось ЧП…

Решил как-то мой приятель Витька Штуцер повесить у себя дома книжные полки. Начал сверлить стену перфоратором и бац – вокруг темень и тишина. Здесь не нужно быть мастером экстра-класса, чтобы понять – сверло замкнуло жилы проводки и произошло КЗ. Думаю, у многих была похожая ситуация.

В этом случае, когда величина тока в сети превысит номинальное значение защиты в 3-5 раз, автомат с время-токовой характеристикой категории «B» сработает моментально. В нашем варианте величина тока будет находиться в пределах 30-50А. При КЗ ток увеличивается в сотни раз, но нашему электромагнитному расцепителю будет достаточно и 3-5 кратного превышения нормы, чтобы разорвать цепь.

Смотрим графики

… и что видим? При достижении величины тока в 50А автоматический выключатель сработает через 0,01 сек. Теперь смотрим, откуда это взялось:

• Ток короткого замыкания разделим на рабочий ток автомата – 50А/10А = 5.
• На горизонтальной оси от цифры «5» проведем вверх вертикальную линию (красного цвета) до пересечения с первой кривой.
• От точки пересечения с кривой проведем горизонтальную линию до вертикальной оси времени. Получаем примерно 0,01 секунда.

Аналогичным образом можно определить, что при перегрузке в 15А отношение составит 1,5 и время до срабатывания автомата– 30 сек. Здесь уже цепь будет разорвана за счет работы теплового расцепителя. Когда сечение провода правильно подобрано, то изоляция за такой промежуток времени расплавиться не успеет.

Этот термин используется для описания способности АВ произвести отключение цепи до того, как ток КЗ в ней станет максимальным. Приспособления выпускаются с токоограничением трех категорий, в зависимости от времени отключения нагрузки:

1. 10 мс. и больше;
2. от 6 до 10 мс;
3. 2,5-6 мс.

Соответственно, чем выше категория, тем меньше электропроводка подвержена нагреву, а значит, снижается риск ее возгорания. На рисунке 6 указанная категория обведена красным овалом.

Маркировка ВА47-29 содержит указание на класс токоограничения

Заметим, что АВ, относящиеся к первой категории, могут не иметь соответствующей маркировки.

Кривая времятоковой характеристики

Для описания времятоковой характеристики предохранительных автоматических выключателей часто используют график функций, где вертикально на оси ординат прописано время расцепления электросети в секундах и десятых секунд, а горизонтально на оси абсцисс обозначены показатели роста силы тока. На данном графике рост определяется делением тока в сети на номинальный ток автомата I/In.

График функции кривой времятоковой характеристики

Изображенные две кривые отвечают за показатели в холодном состоянии (сверху) и разогретом состоянии (снизу).

Дополнительная информация: Условно также нижнюю часть кривой, резко устремляющуюся вправо, считают зоной срабатывания электромагнитного расцепителя, а левую ее часть, плавно спускающуюся вниз, – зоной теплового расцепителя.

Слева от кривой размещается отрезок времени до срабатывания автоматического выключателя, а справа – после расцепления. Сама кривая представляет момент выключения. Традиционно времятоковые характеристики в виде графика функций изображаются для работы автоматов при температуре окружающей среды +30 градусов.

Если просмотреть характеристику для автомата типа В, диапазоном срабатывания которого является показатели от 3 до 5 In, то можно увидеть следующее: время отключения сети при проходящем токе в 3 In составляет 0,02 секунды в разогретом состоянии и до 35 секунд в холодном состоянии. Для автоматов мощностью свыше 32А показатель в холодном состоянии может достигать 80 секунд.

Если же проходящий ток для того же типа автомата будет равен 5In, то в горячем состоянии автомат сработает за 0,01 секунду и за 0,04 секунды в холодном.

График функции автомата типа С

Автомат типа С не сработает при токе в 3In, а при токе 5In он отключится за 0,02 секунды в разогретом и за 11 секунд в охлажденном состоянии. По этой причине не стоит устанавливать предохранители типа С в жилом доме, где бытовые приборы не рассчитаны на большое потребление тока и резкие перепады. Автомат типа В с высокой чувствительностью обеспечит надежную защиту проводки и электрооборудования. Если же в большом частном доме используется распределительный автомат, на входе можно разместить выключатель типа С правильно рассчитанной мощности, а для отдельных точек использовать автоматы типа В.