Внимание! Автор блога не гарантирует, что всё написанное на этой странице — истина. За ваши действия и за вашу безопасность ответственны только вы!
Что такое время-токовые характеристики автоматических выключателей
При нормальной работе электросети и всех приборов через автоматический выключатель (далее по тексту — автомат) протекает допустимый электрический ток. Однако, если сила тока по каким-либо причинам превысила номинальные значения, происходит размыкание цепи из-за срабатывания расцепителей автоматического выключателя.
Характеристика срабатывания автоматического выключателя является очень важной характеристикой, которая описывает то, насколько время срабатывания автоматического выключателя зависит от отношения силы тока, протекающего через автомат, к номинальному току автомата. Данная характеристика сложна тем, что для ее выражения необходимо использование графиков. Автоматы с одним и тем же номиналом будут при разных превышениях тока по-разному отключаться в зависимости от типа кривой токовой характеристики автомата, благодаря чему имеется возможность применять автоматы с разной характеристикой для разных типов нагрузки. Тем самым, с одной стороны, осуществляется защитная токовая функция, а с другой стороны, обеспечивается минимальное количество ложных срабатываний – в этом и заключается важность данной характеристики. В энергетических отраслях бывают ситуации, когда кратковременное увеличение тока не связано с появлением аварийного режима и защита не должно реагировать на такие изменения. Это же относится и к автоматам. При включении какого-нибудь мотора, к примеру, дачного насоса или пылесоса, в линии происходит достаточно большой бросок тока, который в несколько раз превышает нормальный. По логике работы, автомат, конечно же, должен отключиться. К примеру, мотор потребляет в пусковом режиме 12 А, а в рабочем – 5 А. Автомат стоит на 10 А, и при значении 12 А он должен отключиться. Что в таком случае делать? Если, например поставить автомат номиналом на 16 А, тогда непонятно отключится он или нет если заклинит мотор или замкнет кабель. Можно было бы решить эту проблему, если его поставить на меньший ток, но тогда он будет срабатывать от любого движения. Вот для этого и было придумано такое понятие для автомата, как его «время-токовая характеристика».
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 (Коротком замыкании), благодаря чему пострадавший участок сети не будет дожидаться разогрева 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.
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. На рисунках пунктирная линия – это верхняя граница время-токовой характеристики для автоматических выключателей с номинальным током In меньше или равно 32 A. Что показано на графике время-токовой характеристики
На примере 16-и Амперного автомата, имеющего время токовую характеристику C, попробуем рассмотреть характеристики срабатывания автоматических выключателей.
На графике можно увидеть, как протекающий через автоматический выключатель ток влияет на зависимость времени его отключения. Кратность тока протекающего в цепи к номинальному току автомата (I/In) изображает ось Х, а время срабатывания, в секундах – ось У. Выше говорилось, что в состав автомата входит электромагнитный и тепловой расцепитель. Поэтому график можно разделить на два участка. Крутая часть графика показывает защиту от перегрузки (работа теплового расцепителя), а более пологая часть защиту от КЗ (работа электромагнитного расцепителя). Как видно на графике, если к автомату С16 подключить нагрузку 23 А то он должен отключится за 60 сек. То есть при возникновении перегрузки на 45 % автомат отключится через 60 сек.
На токи большой величины, которые могут привести к повреждению изоляции электропроводки автомат способен реагировать мгновенно благодаря наличию электромагнитного расцепителя. При прохождении через автомат С16 тока 5хIn (80 А) он должен сработать через 0. 02 сек (это если автомат горячий). В холодном состоянии, при такой нагрузке, он отключится в пределах 11 сек. и 25 сек. (для автоматов до 32 А и выше 32 А соответственно). Если через автомат будет протекать ток равный 10хIn, то он отключается за 0,03 секунды в холодном состоянии или меньше чем за 0,01 секунду в горячем. К примеру, при коротком замыкании в цепи, которая защищена автоматом С16, и возникновении тока в 320 Ампер, диапазон времени отключения автомата будет составлять от 0,008 до 0,015 секунды. Это позволит снять питание с аварийной цепи и защитить от возгорания и полного разрушения сам автомат, закоротивший электроприбор и электропроводку. Автоматы с какими характеристиками предпочтительнее использовать дома
В квартирах по возможности необходимо обязательно применять автоматы категории B, которые являются более чувствительными. Данный автомат отработает от перегрузки так же, как и автомат категории С.
Автоматические выключатели могут быть оснащены различными вспомогательными устройствами, обеспечивающими дополнительные функциональные возможности. С их помощью можно реализовать, например, дистанционное отключение или сигнализацию положения автоматического выключателя, задействовать их в схемах АВР, в системах диспетчеризации и так далее.
Надо отметить, применительно к автоматическим выключателям модульного типа, что не все они имеют возможность использования дополнительных устройств. В частности, “бытовые” серии типа ABB Basic или Schneider Electric Easy9, такой возможностью не обладают, в отличии от своих старших собратьев S200 и Acti9 соответственно. И у других брендов ситуация примерно такая же.
Также отмечу, что вспомогательные устройства могут работать не только с автоматическими выключателями, но и с автоматами защиты двигателей, выключателями нагрузки, выключателями дифференциального тока. Но в данной статье я буду говорить о них, применительно именно к автоматическим выключателям.
Наиболее часто используемыми вспомогательными устройствами, являются независимые расцепители, контакты состояния и контакты аварийного отключения. Также могут применяться расцепители минимального и максимального напряжения.
Рассмотрим эти устройства более подробно и начнем с независимого расцепителя. Про расцепители на сайте есть отдельная статья, но все же еще раз напомню, что они из себя представляют.
Независимый расцепитель — SHT
Независимый расцепитель — это устройство, предназначенное для дистанционного отключения защитных аппаратов, в частности автоматических выключателей. Чаще всего он ставится на вводном автомате, чтобы при сигнале с пожарной сигнализации обесточить весь щит.
Конструктивно расцепитель представляет собой электромагнит, который при подаче на него импульса, воздействует с помощью рычага на механизм отключения автоматического выключателя. Также в корпусе может быть микропереключатель, который при срабатывании расцепителя, разрывает цепь питания катушки электромагнита. Благодаря этому обеспечивается защита катушки от длительного воздействия на нее напряжения.
У некоторых моделей расцепителей такой защиты может не быть, поэтому для их правильной работы важно, чтобы сигнал был именно кратковременным, иначе, они могут выйти из строя.
Механически независимые расцепители могут присоединяться к автоматическому выключателю как с правой, так и с левой стороны, это зависит от конкретной модели. В качестве примера приведу фото расцепителя iMX Schneider Electric.
Данный модуль присоединяется к автоматическому выключателю Acti9 с левой стороны при помощи защелок, при этом рычаг модуля входит в зацепление с рычагом автомата. На механизм расцепления воздействует металлический штырь. При подключении независимого расцепителя, автомат обязательно должен находиться в отключенном положении.
Для электрического подключения модуль iMX имеет две клеммы C1 и С2, на которые подается напряжение 100. 415 В AC, или 110. 130 В DC. Некоторые модели, в частности расцепитель iMX+OF, могут иметь также вспомогательный контакт сигнализации положения включено-отключено.
Устройства данного типа других производителей более или менее похожи конструктивно, хотя есть конечно и свои отличия.
Особенно это касается расцепителей ABB S2C-A2, у которых рычаг, который воздействует на отключающий механизм автомата, выполнен не в корпусе самого устройства, как у большинства других модулей, а в виде отдельной пластмассовой вилки, которая идет в комплекте с расцепителем.
На мой взгляд, это не самое удачное решение, так как рычажок маленький, может потеряться, или даже сломаться при неправильной установке. А без него расцепитель не сможет выполнять свои функции.
С независимыми расцепителями вроде разобрались, переходим к следующему типу вспомогательных устройств.
Контакты состояния – OF, AUX
Следующими у нас на очереди идут, также часто используемые, контакты состояния, которые обычно обозначаются как OF или AUX.
Данные устройства служат для индикации положения контактов автоматического выключателя, то есть они указывают, в каком состоянии находится выключатель, включен он или отключен. К одному автоматическому выключателю может быть подключено один или несколько дополнительных контактов.
Сигнал с контактов может быть выведен на световые или звуковые индикаторы, расположенные непосредственно на щитовом оборудовании, или использоваться в системах удаленного мониторинга. Это, пожалуй, наиболее часто встречающиеся примеры их использования.
Один модуль может иметь либо две различные пары контактов (NO или NC), либо один перекидной контакт (SPDT). При включении автомата происходит переключение контактов, при отключении контакты возвращаются в исходное состояние.
Также встречаются комбинированные контакты. На рисунке ниже показан контакт iOF/SD+OF Schneider Electric. Он представляет собой двойной вспомогательный контакт. То есть может выполнять роль как контакта состояния, так и аварийного контакта. Выбор режима работы контакта OF+SD (сигнальный и аварийный) или OF+OF (только сигнальный) осуществляется с помощью механического переключателя, расположенного на боковой стороне устройства.
Аварийные контакты – SD, ALT
Переходим к следующему типу контактов — контактам аварийной сигнализации. Внешне они похожи на контакты состояния, но выполняют несколько другую задачу.
Они предназначены для сигнализации аварийного срабатывания выключателя по перегрузке или короткому замыканию. То есть его контакты переключаются только при срабатывании автомата по аварии. При обычном включении и отключении выключателя, контакты модуля остаются в исходном положении.
Аварийные вспомогательные контакты имеют одну пару перекидных контактов, которые, как правило, задействованы в цепях местной сигнализации, либо удаленного мониторинга.
Расцепители минимального и максимального напряжения — UVT
В отличии от предыдущих устройств, расцепители минимального и максимального напряжения имеют ограниченное применение, по крайней мере мне в своей практике редко приходилось с ними встречаться. Связано это в первую очередь с тем, что для защиты от повышенного или пониженного напряжения чаще применяются другие устройства, такие как реле контроля фаз, реле напряжения и т. Они схожи с расцепителями по своему назначению, но имеют более богатые функциональные возможности.
Основным назначением расцепителей является контроль напряжения сети и отключение автоматического выключателя при выходе напряжения за рамки допустимого предела. При этом верхний и нижний допустимые пределы могут варьироваться, в зависимости от конкретного производителя.
Так, например, расцепитель РММ47 компании IEK отключает автомат при понижении напряжения ниже 165±10 В или повышении до 265±10 В. Время срабатывания составляет при минимальном напряжении от 0,2 до 0,5 сек. , а при максимальном – от 0,05 до 0,15 сек. Расцепитель РММ47 от EKF имеет несколько другие уставки – 170 В мин. и 270 В макс.
Возможность настроить верхний и нижний предел срабатывания расцепителей отсутствует.
Повторное включение автоматического выключателя возможно только вручную, когда напряжение достигнет номинального значения.
В завершении хочу сказать несколько слов про автоматические выключатели в литом корпусе.
У них, подобно автоматическим выключателям модульного типа, также есть возможность использования всех вышеперечисленных вспомогательных устройств, функционал которых в точности повторяет возможности модульных. Кроме того, могут еще использоваться контакты положения для автоматов втычного или выкатного исполнения, которые обеспечивают сигнализацию состояния автоматического выключателя относительно фиксированной части (корзины).
Отличия вспомогательных элементов для автоматических выключателей в литом корпусе заключаются только в конструктивном исполнении и способе установки.
Как пример, приведу фото выключателя Hyundai серии HGM с установленными вспомогательными контактами состояния и аварийного срабатывания.
Технические характеристики расцепителя
Внутри автомата находятся два типа устройств расцепления. Каждый из них работает в своем токовом диапазоне. Если оба устройства начинают работать одновременно, то это приводит к отключению автомата, когда через него проходит сверхток.
Тепловой расцепительный механизм функционирует за счет нагревания биметаллической пластинки. Она калибрована, при определенной силе тока нагревается до определенных показателей. Это становится причиной появления критического изгиба и деактивации автомата.
Второй агрегат, электромагнитный, работает на более высокой скорости, чем тепловой. Он функционирует на основе электромагнита, который выключает нагрузку при возникновении короткого замыкания. Ток электромагнитного выключателя в 3 раза выше напряжения теплового устройства. Также он может быть выше в 20 раз.
Автоматический расцепитель оснащен диодным выпрямителем. Системные динисторы применяются разной проводимости. В устройствах для фазовых выключателей предусматривается использование трансивера. Реле устанавливают в нижней части системы. Катушка электромагнита обычно рассчитана на напряжение 12-60 V переменного тока.
Назначение независимого расцепителя
Независимым расцепителем называют дополнительное оборудование для автоматических выключателей. Его применяют, чтобы дистанционно отключать выключатели нагрузки. Устройства расцепления преимущественно используют для проектировки системы вентиляции.
Если ориентироваться на нормативные акты, то вентиляция в случае пожара должна отличаться способностью к деактивации. Для этого к вводному аппарату чаще всего присоединяют независимый расцепитель. Он может выключать однофазные и трехфазные системы.
Принцип работы
Суть функционирования независимого устройства расцепления основана на изменении расположения контактов. Это случается из-за поступления короткого импульса со стороны диодного выпрямителя. В качестве проводника в этом случае выступает транзистор. Регулировка частотности выключателя осуществляется за счет модулятора. Чтобы бороться с электромагнитными помехами, применяется кенотрон.
Внешне устройство — корпус, который изготовлен на основе износостойкой пластмассы. Кнопка активации располагается на передней стороне системы. Сзади на агрегате имеется фиксирующая защелка, в нижней части — винтовые клеммы.
В обычной работе аппарат пропускает ток, который равен номинальному значению (она также может быть меньше). По верхней клемме идет питающее напряжение от внешней сети. После этого ток подается на тепловой выключатель, затем на электромагнитный. Если происходит экстренный случай, то расцепитель отсоединяет защищаемую цепь и выключает автомат.
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.
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.
Схемы подключения независимого расцепителя (PH 47)
Если брать во внимание вентиляционную конструкцию, то подключать расцепитель необходимо через динисторы. Соединение выходных проводов в этом случае происходит через изоляторы. Подключение агрегата к автоматическому выключателю осуществляется за счет отрицательного сопротивления на уровне 25 Ом.
Этапы подключения независимого расцепителя к автоматическому выключателю:
- Чтобы обеспечить подсоединение с реле, мастера применяют расширитель.
- При подключении расцепительного устройства также потребуется проверить пороговое сопротивление системы. Оно не должно быть выше 30 Ом.
- Зафиксировать выключатель нужно в силовом щитке.
Независимый расцепитель — коммутационный агрегат, включающий токи, а также проводящий и отключающий их при нормальных условиях в цепи. Он используется для защиты электрических цепей от перегрузок или короткого замыкания. Характерные особенности расцепительного агрегата — многократное применение и стабильное срабатывание в критических случаях.
Понятие время-токового параметра
Электрический ток имеет основную отличительную черту — он может проходить только по замкнутой цепи. Если контур открыть, то работа тока сразу останавливается. Эта особенность нашла применение в функционировании наибольших токовых защит, основанных на работе предохранителей и автоматов.
Они выбираются так, чтобы могли долгое время сохранять номинальное значение проходящего сквозь них тока. Таким образом создается надёжность электроснабжения потребителей. Также автоматы и предохранители оснащены защитными функциями, в случае образования чрезвычайных ситуаций в контролируемой цепи они разрывают протекающий через них опасный ток.
На это влияют два фактора:
- величина проходящего тока нагрузки;
- время его действия.
Предохранители также учитывают температурный режим цепи и размыкают контуры за счет действия теплового расцепителя. В то же время в его составе имеется еще одно устройство — электромагнитный расцепитель, который реагирует на превышение электромагнитной энергии, возникающей даже в импульсном режиме.
Время-токовая характеристика (ВТХ) выражается в виде графиков в декартовых координатах. По оси ординат располагают время, отсчитываемое в секундах, а абсцисс — отношение протекающего тока аварийного режима I к номинальной величине Iн коммутационного аппарата.
Значение автоматических выключателей
Автомат, защищающий сеть, выполняет 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 мало чем 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.
Параметры время-токового срабатывания автоматов (A, B, C и D)
К основным параметрам автоматических выключателей относятся:
- номинальное напряжение автоматического выключателя;
- номинальный ток максимального расцепителя;
- уставка по току срабатывания максимального расцепителя;
- уставка по времени срабатывания максимального расцепителя (только для селективных автоматов).
Номинальным АВ считается ток, на который рассчитаны его главные контакты в продолжительном режиме работы. Для отключения токов КЗ в АВ устанавливают максимальные расцепители (реле максимального напряжения). Номинальные токи максимальных расцепителей могут отличаться от номинальных токов АВ.
Уставкой по току срабатывания максимального расцепителя считается такой, при котором максимальный расцепитель отключит автомат. Уставка по току срабатывания АВ обычно приводится в относительных единицах.
