Разновидности расцепителей автоматических выключателей

Какие существуют время токовые характеристики автоматических выключателей и их отличие между собой

Как известно основными органами срабатывания автоматического выключателя являются тепловой и электромагнитный расцепитель.

Тепловой расцепитель представляет собой пластину из биметалла, изгибающуюся при нагреве протекающим током. Тем самым в действие приводится механизм расцепления, при длительной перегрузке срабатывая, с обратнозависимой выдержкой времени. Нагрев биметаллической пластинки и время срабатывание расцепителя напрямую зависят от уровня перегрузки.

Электромагнитный расцепитель является соленоидом с сердечником, магнитное поле соленоида при определенном токе втягивает сердечник, приводящий в действие механизм расцепления – происходит мгновенное срабатывание при КЗ, благодаря чему пострадавший участок сети не будет дожидаться прогревания теплового расцепителя (биметаллической пластины) в автомате.

Зависимость времени срабатывания автомата от силы тока, протекающего через автомат, как раз и определяется время токовой характеристикой автоматического выключателя .

Наверное, каждый замечал изображение латинских букв B, C, D на корпусах модульных автоматов. Так вот они характеризуют кратность уставки электромагнитного расцепителя к номиналу автомата, обозначая его время токовую характеристику.

Эти буквы указывают ток мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя автомата. Проще говоря, характеристика срабатывания автоматического выключателя показывает чувствительность автомата – наименьший ток при котором автомат отключится мгновенно.

Автоматы имеют несколько характеристик, самыми распространенными из которых являются:

• — B — от 3 до 5 ×In;
• — C — от 5 до 10 ×In;
• — D — от 10 до 20 ×In.

Что означают цифры указанные выше?

Приведу небольшой пример. Допустим, есть два автомата одинаковой мощности (равные по номинальному току) но характеристики срабатывания (латинские буквы на автомате) разные: автоматы В16 и С16.

Диапазоны срабатывания электромагнитного расцепителя для В16 составляет 16*(3. 5)=48. 80А. Для С16 диапазон токов мгновенного срабатывания 16*(5. 10)=80. 160А.

При токе 100 А автомат В16 отключится практически мгновенно, в то время как С16 отключится не сразу а через несколько секунд от тепловой защиты (после того как нагреется его биметаллическая пластина).

В жилых зданиях и квартирах, где нагрузки чисто активные (без больших пусковых токов), а какие-нибудь мощные моторы включаются нечасто, самыми чувствительными и предпочтительными к применению являются автоматы с характеристикой B. На сегодняшний день очень распространена характеристика С, которую также можно использовать для жилых и административных зданий.

Что касается характеристики D, то она как раз годится для питания каких-либо электромоторов, больших двигателей и других устройств, где могут быть при их включении большие пусковые токи. Также через пониженную чувствительность при КЗ автоматы с характеристикой D могут быть рекомендованы для использования как вводные для повышения шансов селективности со стоящими ниже групповыми АВ при КЗ.

Согласитесь логично, что время срабатывания зависит от температуры автомата. Автомат отключится быстрее, если его тепловой орган (биметаллическая пластина) разогретый. И наоборот при первом включении когда биметалл автомата холодный время отключения будет больше.

Поэтому на графике верхняя кривая характеризует холодное состояние автомата, нижняя кривая характеризует горячее состояние автомата.

Пунктирной линией обозначен предельный ток срабатывания для автоматов до 32 А.

Как работает автоматический выключатель

Главная задача автоматического выключателя (автомата) — это улавливание чрезмерных токов в электросети, и мгновенное её обесточивание

Неважно, к какой категории относится автоматический выключатель, он должен уметь быстро обесточить электросеть и предотвратить тем самым повреждение кабелей

Поэтому главной функцией автоматического выключателя, является:

• Срабатывание в случае перегрузки электросети. Здесь все достаточно просто, и если в сети возникнет чрезмерно большая нагрузка, например, из-за большого количества подключённых электроприборов в доме, автоматический выключатель должен сработать и обесточить домашнюю электросеть. Если этого не произойдёт, и автомат не справится со своей задачей, то может загореться электропроводка в доме;
• Среагировать на сверхток, вызванный коротким замыканием электропроводки. Здесь все, также понятно. В случае замыкания, электропроводка подвергается сильному нагреву, а там где тонко, как известно, там и рвётся, поэтому, если автомат не сработает, возможно, повреждение и возгорание электропроводки.

Следует знать, что каждый автоматический выключатель рассчитан на разную силу тока. Время срабатывания автомата, зависит от величины перегрузки электросети. Если это короткое замыкание, то автоматический выключатель сработает мгновенно, буквально за считанные секунды. Если величина перегрузки не слишком большая, то автомат и электропроводка могут греться часами.

Что касается конструкции автоматического выключателя и его принципа работы, то в основе лежит биметаллическая пластина, через которую проходит электрический ток. Если он слишком большой величины, на которую автомат не рассчитан, то пластина начинает греться, что в итоге и приводит к срабатыванию автоматического выключателя.

Автоматы «В» и «С» — в чем разница, категории автоматических выключателей

Тех людей, которые занимаются модернизацией домашней электросети, часто интересует вопрос о том, чем именно отличаются автоматические выключатели категории «В» и «С», ведь именно они, чаще всего, устанавливаются в бытовых сетях. Главное отличие автоматов «В» и «С» в чувствительности электромагнитного расцепителя.

Буквы А, В, С, D и K, Z — как раз и указывают на характеристики расцепителя установленного в автоматическом выключателе:

А — автоматические выключатели данной категории имеют самую высокую чувствительность. Если номинальный ток на линии где будет установлен автомат категории «А» превысит 30%, то автоматический выключатель отключится.

В — автоматы этой категории срабатывают при превышении нагрузки по номинальному току в 3-5 раз. Автоматические выключатели категории «В» предназначены для установки в электросетях с отсутствием или с минимальным пусковым током (электродвигатели и т. д.). Простыми словами говоря, автоматы категории «В», более чувствительны к проходящему току, и при запуске мощных электродвигателей могут сработать.

С — автоматические выключатели стандартного типа с ещё большей перегрузочной способностью, чем у автоматов «В» класса. Их выключение происходит в том случае, если номинальный ток, проходящий через автомат, станет в 5-10 раз выше. Время срабатывания автомата категории «С», порядка 1,5 секунды. Такие автоматы предназначены для обеспечения защиты электросетей общего назначения.

Автоматы категории D, редко используются в быту. Чаще всего эти автоматические выключатели применяются в электросетях с большими пусковыми нагрузками. Ну и последние категории автоматов, это «K» и «Z», они используются в специальных целях, например, для защиты линий к которым подключены электронные устройства.

Назначение и принцип действия расцепителей

Непосредственная электрической цепи осуществляется с помощью подвижного и неподвижного контактов. В подвижном контакте имеется пружина, обеспечивающая быстрое расцепление контактов. Для приведения в действие механизма расцепления существуют два вида расцепителей.

Тепловой расцепитель, по сути, является биметаллической пластиной, которая нагревается при протекании тока. Когда ток превышает допустимое значение, происходит изгиб пластины и расцепляющий механизм начинает действовать. Время его срабатывания находится в зависимости от тока. Минимальное значение электротока, когда срабатывает расцепитель, имеет величину в 1,45 от значения тока уставки. Срабатывания настраивается с помощью специального регулировочного винта. После того, как пластина остынет, автомат будет полностью готов к последующему использованию.

Электромагнитный расцепитель обладает мгновенным действием и носит еще одно название отсечки. Это соленоид с подвижным сердечником, который и приводит в действие расцепляющий механизм. При протекании тока через обмотку происходит втягивание сердечника, если токовое значение превышает заданный порог. Срабатывание происходит мгновенно, в этих случаях превышение электротока может составлять 2-10 раз от номинального значения.

Отличие защитных характеристик C, B и D автоматических выключателей, области применения автоматов

Содержание текущей статьи:

• ;
• с характеристиками B, C, D:
  • ;
  • ;
  • ;
• информации.

Поставляем автоматические выключатели ВА47‑29 с номинальными токами от 0,5 до 63 ампер с защитными характеристиками B, C или D.    

Введение

Модульные автоматические выключатели применяют:

• для защиты сетей:
  • от коротких замыканий – для этого встроен электромагнитный расцепитель;
  • от перегрузок – для этого встроен тепловой расцепитель;
• для ручного включение и отключения питания – для этого есть привод (рукоятка).

Тепловой и электромагнитный расцепитель установлен в каждом полюсе автомата и вместе их называют комбинированным расцепителем.   Характеристика C, B или D определяет силу тока короткого замыкания, при которой произойдёт мгновенное защитное срабатывание, а следовательно, места применения автомата с конкретной характеристикой. Срабатывание вызывает электромагнитный расцепитель.   Слева фотография модульных выключателей ВМ63 с разбором надписей («что есть что»).    

Отличия автоматических выключателей с характеристиками B, C и D

Тип защитной характеристики	Мгновенное отключение при коротком замыкании из диапазона	Предпочтительное применение автоматического выключателя	Нагрузки
B	(3-5)·In	защита: — длинных кабелей; — сетей с электро-нагревательными приборами (плитой, бойлером); — маломощных сетей: сигнализации; измерения; управления.	резистивные
C	(5-10)·In	защита: — освещения; — розеток; — бытовых электрических приборов.	резистивные, индуктивные с низким пусковым током
D	(10-50)·In	защита: — электрических двигателей (стиральных машин, водяных насосов); — низковольтных трансформаторов; — ламп-разрядников.	индуктивные с высоким пусковым током

Значения изъяты из таблицы 2 на странице 11 стандарта на модульные автоматические выключатели ГОСТ 50345‑99 (ссылка внизу).

где I_n – номинальный ток автоматического выключателя.  Примеры:

1. Автомат на номинальный ток I_n = 6 ампер с характеристикой B: не сработает* при коротком замыкании 18 ампер (3·I_n), но мгновенно отключится при коротком замыкании 30 ампер (5·I_n) и выше.
2. Автомат на номинальный ток I_n = 16 ампер с характеристикой C: не сработает* при коротком замыкании 80 ампер (5·I_n), но мгновенно отключится при коротком замыкании 160 ампер (10·I_n) и выше.
3. Автомат на номинальный ток I_n = 50 ампер с характеристикой D: не сработает* при коротком замыкании 500 ампер (10·I_n), но мгновенно отключится при коротком замыкании 2500 ампер (50·I_n) и выше.

*Под словами «не сработает» понимаем не сработает под воздействием электромагнитного расцепителя мгновенного действия. Но есть тепловой расцепитель, который нагреется в течение нескольких секунд и отключит сеть.   При этом стандарт не указывает как будет вести себя выключатель в самом диапазоне (заложена погрешность). Испытания проводят только в граничных положениях (согласно таблице 6 на странице 19 стандарта ГОСТ 50345‑99):

• нижняя граница (3, 5 и 10 от I_n соответственно) – отключения не происходит в течение 0,1 секунды;
• верхняя граница (5, 10 и 50 от I_n соответственно) – происходит защитное срабатывание в течение 0,1 секунды.

Характеристика B автоматического выключателя

Выключатели с характеристикой В применяют для протекции:

• протяжённых кабельных линий;
• цепей с нагревательным элементом (ТЭНом, электрической печью, бойлером);
• вторичных цепей или сетей с большим сопротивлением и низким током (из-за чего токи короткого замыкания низкого уровня):
  • сигнализации;
  • управления;
  • измерения.

Характеристика C автоматического выключателя

Автоматы с характеристикой С применяют повсеместно: в бытовых и офисных помещениях, на промышленных объектах. С помощью них защищают:

• квартирные и офисные розетки;
• освещение на кухне, в спальнях; в ванной, в кабинете, на рабочем месте;
• отдельных потребителей (без мощных двигателей).

Характеристика D автоматического выключателя

Выключатели с характеристикой Д применяют для защиты низковольтных трансформаторов, электрических двигателей или устройств с ними:

• стиральных машин;
• посудомоечных машин;
• насосов для забора питьевой воды;
• сварочных аппаратов.

1. Стандарт на модульные автоматические выключатели ГОСТ 50345-99.
2. Заводской каталог «Курского электроаппаратного завода» на выключатели ВМ63.
3. Заводской каталог компании «ABB» на выключатели S800S.

Отличие от прочих коммутационных устройств

Может возникнуть вопрос, в чём заключается отличие автоматического выключателя от других коммутационных аппаратов, не способных коммутировать значительные токи. Дело в том, что коммутация токовых нагрузок, а именно их отключение, сопровождается возникновением электрической дуги. Причём, чем больше значение тока, тем сильнее дуговой разряд при отключении контактов. Горение дуги происходит в ионизированном воздушном пространстве, то есть, воздух становится электропроводящим. В зависимости от разрываемого тока и напряжения сети, дуговой разряд в промежутке определённой величины может вообще не погаснуть после отключения контактов.

Но это относится только к разъединителям. Автоматический выключатель оборудован специальными дугогасительными камерами, типовая конструкция которых содержит ряд параллельно расположенных пластин, они разделяют дугу на отдельные участки, где та и затухает. Также предусмотрен путь отвода образующихся при горении дуги газов. Персональной дугогасительной камерой оборудован каждый полюс автомата, что препятствует распространению ЭД на контакты соседних фаз.

Проверка работы расцепителей автоматических выключателей

Основная часть испытаний автоматов — это проверка исправной работы их расцепителей. Дополнительно проверяется качество монтажа выключателей, затяжка контактов, соответствие защитного оборудования проектной документации, но эти параметры уже второстепенны.

Существует большое количество модификаций автоматических выключателей: воздушные, модульные, предназначенные для защиты двигателей, в литом корпусе. Самыми распространенными являются модульные автоматические выключатели, устанавливаемые на DIN-рейку, поэтому целесообразно будет рассмотреть ход проверки на их примере.

После срабатывания одного из расцепителей автоматически выключатель выполняет свою функцию — отключает питание определенного участка цепи. Расцепители по типу могут быть тепловыми или электромагнитными, но в современном оборудовании чаще всего используют оба типа для наиболее надежной защиты. Автоматы с одним типом расцепителей имеют гораздо более узкую сферу применения.

Автоматы с тепловыми расцепителями обеспечивают защиту электросети от перегрузки линии. Такой расцепитель представляет собой двухслойную биметаллическую пластинку. Когда возникает перегрузка, этот элемент выключателя нагревается. Под воздействием температуры происходит деформация пластины, что и приводит к расцеплению.

Электромагнитные расцепители нужны для защиты линии от разрушительного воздействия тока КЗ. Этот элемент прибора представляет собой соленоид с подвижным сердечником. Механизм расцепления приводится в действие сердечником, который втягивается магнитным полем, созданным под воздействием токов КЗ.

В свою очередь электромагнитные расцепители подразделяются на типы в зависимости от временных и токовых характеристик, то есть от того, за какое время и токи какой силы приводят выключатель в действие. Обозначаются типы электромагнитных расцепителей заглавными латинскими буквами. К наиболее распространенным относятся типы, соответствующие буквам B, C, D.

В этих элементах мгновенное расцепление происходит при таких стандартных диапазонах:

• B — в диапазоне от 3-кратного до 5-кратного номинального тока;
• С — в диапазоне 5-10-кратного номинального тока;
• D — 10-20-кратного номинального тока.

При низких пусковых токах в системе допустимо использовать автоматы с расцепителями типа B. В этой же сети целесообразно установить входной автомат с характеристиками C. Эти же устройства допустимо устанавливать в сети с умеренными пусковыми токами. Для защиты линии с высокими пусковыми токами подходят автоматы типа D.

ГОСТ Р 50345-2010 “Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения” регламентирует, как и какие именно автоматы нужно испытывать.

Таблица 7 Время-токовые рабочие характеристики

Испытание	Тип  расцепителя	Испытательный ток	Начальное  состояние	Время расцепления или нерасцепления	Требуемый  результат	Примечание
a	B, C, D	1,13 In	Холодное	t < 1 ч (при In < 63 А)  t < 2 ч (при In> 63 А)	Без  расцепления	–
b	B, C, D	1,45 In	Сразу же после испытания	t < 1 ч (при In < 63 А)  t < 2 ч (при In> 63 А)	Расцепление	Непрерывное нарастание тока в течение 5 с
c	B, C, D	2,55 In	Холодное	1 с < t < 60 с (при In < 32 А) 1 c < t < 120 c (при In > 32 A)	Расцепление	–
d	B	3 In	Холодное	t< 0,1 с	Без  расцепления	Ток создается замыканием вспомогательного выключателя
C	5 In
D	10 In
e	B	5 In	Холодное	t< 0,1 с	Расцепление	Ток создается замыканием вспомогательного выключателя
C	10 In
D	20 In  (в особых случаях 50 In)

Термин «холодное состояние» означает, что при контрольной температуре калибровки ток предварительно не пропускают. 
Примечание – Для выключателей типа D рассматривается возможность дополнительного испытания для промежуточного значения между c и d. 
a, b и c — это испытания тепловой защиты, а d и e — соответственно, защиты от короткого замыкания (КЗ).

Конструкция независимого расцепителя

Независимый выключатель — это специализированный аппарат для удаленной деактивации автомата. По своей конструкции система напоминает магнит. В тот период, когда на него оказывает влияние кратковременный импульс, расцепительный механизм при помощи оборудованного рычага оказывает давление, за счет чего происходит отключение защитного устройства.

Штифт автоматического выключателя

В каждой конструкции имеется электромагнитная катушка, обладающая разными показателями мощности. Расцепительный механизм пропускает постоянный и переменный токи. Уровень напряжения варьируется в пределах 110 до 415 В или от 12 до 60 В. Степень показателей обычно зависит от модели агрегата.

Разница между составными расцепителями заключается в токовой защите. Электромагнитное устройство представляет ее без выдержки времени, то есть без токовой отсечки.

К сведению! Тепловое расцепительное устройство реализовывает интегральную зависимость времени реагирования защитной системы от величины тока. Он обеспечивает отключение автоматического оборудования в случае перегрузки, когда потребляемый ток становится больше номинального на 20 %.

Ток теплового расцепителя автоматического выключателя

Номинальный ток автомата является параметром определяющим ток срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя. До тех пор, пока ток, протекающий в проводке и через защищающий ее автомат меньше, чем номинал автомата, ничего не происходит, однако, при превышении значения протекающего тока над значением номинального тока автомата, произойдет отключение автомата. Скорость срабатывания автоматического выключателя, то есть время, через которое автомат разомкнет силовой контакт, разорвет цепь и отключит напряжение, зависит от времени протекания превышенного тока и характеристической кривой автоматического выключателя. Например, для автомата С16, номинальный ток которого равен 16А, а характеристическая кривая соответствует графику C, отключение автомата при токе в проводке равному 32 ампера, произойдет в период времени от 18 секунд до 150 секунд, а трехкратное превышение номинала, то есть протекающий ток равен 48 Амп., автоматический выключатель выключится в диапазоне времени от 4 до 50 секунд, а десятикратное превышение номинального тока для автоматического выключателя C16 приведет к его отключению за время меньшее 10 секунд. Для каждого значения тока можно рассчитать время отключения теплового расцепителя используя график время-токовой характеристики рассматриваемого автомата.

Устройство, маркировка и технические характеристики

Характеристики:

• номинальный ток – величина тока, которая протекает по автомату без ограничения времени при температуре воздуха +30 С (при большей температуре номинальный ток будет ниже);
• время-токовая характеристика – зависимость времени срабатывания от силы тока.

Второстепенные характеристики:

• номинальное напряжение;
• предельная коммутационная способность.

Автоматические выключатели обладают своим набором характеристик. Для ознакомления с ними на корпусе наносится маркировка из букв и цифр. В маркировке указываются:

• фирма-изготовитель;
• линейная серия;
• время-токовая характеристика – указывается латинской буквой B, C, D, K, Z;
• номинальный ток – указывается после буквенного значения;
• номинальное напряжение;
• предельный ток отключения;
• класс токоограничителя;
• схема подключения, обозначения клемм.

Дополнительно указывают поправочные коэффициенты, связанные с превышением температурного режима.

1 полюс

Однополюсный выключатель устанавливается на вход каждой линии однофазной цепи. Это простая модификация автомата. Устанавливается для защиты однофазной, двухфазной и трехфазной проводки. Задача – защита от возгорания.

2 полюса

Используются, где идет питание электрооборудования по двум проводам и требуется одновременная коммутация двух полюсов. Существует 2 вида двухполюсников – 2Р и 1P+N. Первый оснащен защитой обоих полюсов от перегрузок и короткого замыкания. При подключении нет разницы куда подключать ноль, а куда – фазу. Второй тип называют «однофазный с нулем» – функция автоматического защитного срабатывания только в «фазном» полюсе. Второй полюс используется для подключения нулевого провода.

Характеристика D автоматического выключателя

Смотрите график №4. Проходящий ток в 10In вызовет отключение через 0,015 сек. горячего режима, и за 3 сек. для холодного режима и автоматов ниже 32 ампер и 8 секунд в холодном режиме автомата выше 32 ампер. Когда ток достигает 20In, автомат сработает за 0,008 сек. в подогретом виде и 0,018 — в холодном.

График №4 Время токовые характеристики для автоматов группы D

Применение этих автоматов находит в случаях тяжелых пусков с большими пусковыми токами или с частными запусками. На всех графиках показан широкий диапазон кривых, которые обусловлены большим расхождениям параметров автоматов. Эти параметры зависят от наружной температуры и температуры автомата, зависящей от значения проходящего через него тока.

Когда величина I/Iн≤1 меньше или соответствует номинальному току то, время выключения автомата будет бесконечно. Также на графике видно, что чем значительнее ток относительно номинальной величине, тем быстрее сработает автомат.

Класс токоограничения

Когда появляются сверхтоки, изоляция резко нагревается. При максимальном значении тока автомат разъединяет цепь. За это время изоляция может повредиться, поэтому вводится еще одна характеристика, контролирующая ток.

Класс токоограничения влияет на безопасность всей схемы. Физически это промежуток времени, при котором происходит размыкание контактов и гашение дуги в гасительной камере. Выделяют 3 класса:

• 3 класс – самый быстрый, время гашения составляет 2,5 мс;
• 2 класс – время гашения 6-10 мс;
• 1 класс – время гашения превышает 10 мс.

На устройстве это значение указывается в черном квадрате. 1 класс не обозначается на устройстве.

Как проверить работоспособность и исправность расцепителя

Тестирование расцепителя должен проводить только опытный специалист с применением специального оборудования. Не стоит ее делать в домашних условиях – это может быть опасно. При неверной оценке работоспособности расцепителя существует риск замыкания, которое может обернуться пожаром.

1. При проверке для начала осматривается корпус устройства. На нем не должно быть дефектов, таких как сколы, трещины, вмятины и так далее.
2. Затем проверяют исправность рычажка — он должен свободно ходить и фиксироваться во всех положениях. Для этого делают несколько щелчков выключателем.
3. Только после тщательной визуальной оценки механизм нагружают, искусственно создавая с помощью специального прибора условия, при которых выключатель должен сработать, и засекают время его срабатывания независимого расцепителя.
4. После этого точно такую же процедуру производят с прибором после снятия с него корпуса.

Главным критерием при тестировании работоспособности расцепителя является время от нагрузки автомата до отключения. Оно не должно превышать значение, указанное производителем.

Чтобы быстро и безошибочно выбрать выключатель для дома необходимо:

1. Покупать автомат с комбинированным расцепителем.
2. Убедиться, что номинальный ток расцепителя был равен напряжению в сети.
3. Сопротивление автомата должно быть равно сопротивлению, на которое рассчитана сеть.