Время токовая характеристика автоматического выключателя

Принцип действия автоматического выключателя достаточно прост. В конструкцию выключатели входят два вида расцепителей: электромагнитный и тепловой. Первый – мгновенно срабатывает при сильном скачке силы тока. Электромагнитный расцепитель состоит из соленоида со стальным подвижным сердечником, который удерживается пружиной. Если заданный показатель тока превышается, электромагнитное поле в катушке наводится, что приводит к втягиванию катушки. В результате срабатывает механизм сопротивления. Если режим работы стандартный, магнитное поле также наводится, но оно недостаточной силы, чтобы сопротивление пружины было преодолено.

Второй – тепловой расцепитель имеет в своем составе биметаллическую пластину, которая рассчитана на определенную силу тока. Если протекающий ток превышает допустимые показатели, пластина из биметалла нагревается и гнется, благодаря чему также происходит расцепление электросети.

Работа автоматического выключателя основывается на этих двух расцепителях, поскольку порознь они малоэффективны.

Электромагнитный расцепитель быстро срабатывает при небольшом скачке. Но если взять во внимание, что некоторые высокопроизводительные моторы нуждаются в более сильном токе во время пуска, чем в обычном рабочем состоянии, то нет необходимости в срабатывании выключателя. В бытовых условиях такими мощными приборами являются пылесос, электрочайник, микроволновая печь. Для теплового расцепителя нужно некоторое время для нагревания и плавки пластины, которое может быть критичным для бытовых или промышленных приборов, подвергшихся высокому скачку тока. В жилом доме очень пагубным окажется влияние сильного тока на холодильник, компьютер и оргтехнику.

Строение электромагнитного расцепителя

Именно поэтому два вида расцепителя применяются в автоматических выключателях сообща, а за отрезок времени от скачка силы тока до аварийного выключения отвечает времятоковая характеристика автоматического прибора.

Время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей

Как известно автоматические выключатели могут иметь следующие виды расцепителей обеспечивающих защиту электрической цепи от сверхтоков: электромагнитный — защищающий сеть от коротких замыканий, тепловой — обеспечивающий защиту от токов перегрузки и комбинированный представляющий собой совокупность электромагнитного и теплового расцепителя (подробнее читайте статью «автоматические выключатели«).

Примечание: Современные автоматические выключатели предназначенные для защиты электрических сетей до 1000 Вольт имеют, как правило, комбинированные расцепители.

Расцепители автоматических выключателей — это исполнительные механизмы которые обеспечивают отключение (расцепление) электрической цепи при возникновении в ней тока выше допустимого, причем чем больше это превышение тем быстрее должно произойти расцепление.

Зависимость времени расцепления автоматического выключателя от величины проходящего через него тока и называется время-токовой характеристикой или сокращенно — ВТХ.

Условия и значения ВТХ

ВТХ автоматов определяются следующими значениями:

1) Ток мгновенного расцепления — минимальное значение тока, вызывающее автоматическое срабатывание выключателя без преднамеренной выдержки времени. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.17)

Примечание: срабатывание без преднамеренной выдержки времени обеспечивается электромагнитным расцепителем автомата.

Ток мгновенного расцепления определяется так называемой «характеристикой расцепления» или как ее еще называют — характеристика срабатывания.

Согласно ГОСТ Р 50345-2010 существуют следующие типы характеристик срабатывания автоматических выключателей:

Примечание: существуют так же и другие, нестандартные типы характеристик, о них мы говорили в статье «автоматические выключатели«.

Как видно из таблицы выше ток мгновенного расцепления указывается в виде диапазона значений, например характеристика «B» предполагает, что автомат обеспечит мгновенное расцепление при протекании через него тока в 3 — 5 раз превышающего его номинальный ток, т.е. если автоматический выключатель с данной характеристикой имеет номинальный ток 16 Ампер, то он обеспечит мгновенное расцепление при токе от 48 до 80 Ампер.

Определить характеристику срабатывания автоматического выключателя, как правило, можно по маркировке нанесенной на его корпусе:

2) Условный ток нерасцепления — установленное значение тока, который автоматический выключатель способен проводить, не срабатывая, в течение заданного (условного) времени*. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.15) Согласно пункту 8.6.2.2 ГОСТ Р 50345-2010 условный ток нерасцепления равен 1,13 номинального тока автомата.
3) Условный ток расцепления — установленное значение тока, которое вызывает срабатывание автоматического выключателя в течение заданного (условного) времени*. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.16) Согласно пункту 8.6.2.3 ГОСТ Р 50345-2010 условный ток расцепления равен 1,45 номинального тока автомата.

* Условное время равно 1 ч для выключателей с номинальным током до 63 А включительно и 2 ч с номинальным током свыше 63 А. (ГОСТ Р 50345-2010, п.8.6.2.1)

Время-токовая характеристика автоматического выключателя определяется условиями и значениями приведенными в таблице 7 ГОСТ Р 50345-2010:

Примечание: Таблица действительна для автоматов, смонтированных в соответствии с условиями испытаний приведенными ниже работающих при температуре 30 +5 °С

Графики ВТХ

Для удобства производителями в паспортах на автоматические выключатели время-токовые характеристики указываются в виде графика где по оси X откладывается кратность тока электрической цепи к номинальному току автомата (I/In), а по оси Y время срабатывания расцепителя.

Для подробного рассмотрения в качестве примера возьмем график ВТХ для автоматического выключателя с характеристикой «B»

ПРИМЕЧАНИЕ: Все приведенные ниже графики предоставлены в качестве примера. У различных производителей графики ВТХ могут отличаться (смотрите в паспорте автомата), однако они в любом случае должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 50345-2010 и в частности значениям указанным в таблице 7 приведенной выше.

Как видно график ВТХ представлен двумя кривыми: первая кривая (красная) — это характеристика автомата в так называемом «горячем» состоянии, т.е. автомата находящегося в работе, вторая (синяя) — характеристика автомата в «холодном» состоянии, т.е. автомата через который только начал протекать электрический ток.

При этом синяя кривая имеет дополнительно штриховую линию, эта линия показывает характеристику автомата (его теплового расцепителя) с номинальным током до 32 Ампер, это различие в характеристиках автоматов с номиналами до и выше 32 Ампер обусловлено тем, что в автоматах с большим номинальным током биметаллическая пластина теплового расцепителя имеет большее сечение и соответственно ей необходимо больше времени что бы разогреться.

Кроме того каждая кривая имеет два участка: первый — показывающий плавное изменение времени срабатывания в зависимости от тока электрической цепи является характеристикой теплового расцепителя, второй — показывающий резкое снижение времени срабатывания (при токе от 3 In в горячем состоянии и от 5 In в холодном состоянии ), является характеристикой электромагнитного расцепителя автоматического выключателя.

Как видно, на графике ВТХ отмечены основные значения характеристик автомата согласно ГОСТ Р 50345-2010 при 1.13In (Условный ток нерасцепления) автомат не сработает в течении 1-2 часов, а при токе в 1,45 In (Условный ток расцепления) автомат отключит цепь за время менее 50 секунд (из горячего состояния).

Как уже было сказано выше ток мгновенного расцепления определяется характеристикой срабатывания автомата, у автоматических выключателей с характеристикой «B» он составляет от 3In до 5In, при этом согласно вышеуказанному ГОСТу (таблице 7) при 3In автомат не должен сработать за время менее 0,1 секунды из холодного состояния, но должен отключиться за время менее 0,1 секунды из холодного состояния при токе в цепи 5In и как мы можем увидеть из графика выше данное условие выполняется.

Так же по время-токовой характеристике можно определить время срабатывания автомата при любых других значениях тока, например: в цепи установлен автомат с характеристикой «B» и номинальным током 16 Ампер, при работе в данной цепи произошла перегрузка и ток вырос до 32 ампер, определяем время срабатывания автомата следующим образом:

1. Делим ток протекающий в цепи на номинальный ток автомата

32А/16А=2

Определив что ток в цепи в два раза больше номинала автомата, т.е. составляет 2In откладываем данное значение по оси X графика и поднимая от нее условную линию вверх смотрим где она пересекается с кривыми графика:

Как мы видим из графика при токе 32 Ампера автомат с номинальным током 16 Ампер разомкнет цепь за время менее 10 секунд — из горячего состояния и за время менее 5 минут — из холодного состояния.

Приведем примеры ВТХ автоматических выключателей всех стандартных характеристик срабатывания (B, C, D):

ПРИМЕЧАНИЕ: Время-токовые характеристики согласно ГОСТ Р 50345-2010 указываются для автоматов работающих при температуре +30 +5 о C смонтированных в соответствии с определенными условиями:

Условия испытания. Поправочные коэффициенты.

Согласно ГОСТ Р 50345-2010 При испытаниях выключатели устанавливают отдельно, вертикально, на открытом воздухе в месте, защищенном от чрезмерного внешнего нагрева или охлаждения.

испытания автоматических выключателей проводят при любой температуре воздуха, а результаты корректируют по температуре +30 °С на основании поправочных коэффициентов, предоставленных изготовителем.

При этом в любом случае отклонение испытательного тока от указанного в таблице 7 не должно превышать 1,2% на 1 °С изменения температуры калибровки.

Изготовитель должен подготовить данные по изменению характеристики расцепления для температур калибровки, отличных от контрольного значения.

Таким образом, что бы точно узнать время отключения автоматических выключателей, эксплуатируемых при условиях отличающихся от условий испытания необходимо воспользоваться поправочными коэффициентами которые должен предоставить изготовитель данных выключателей.

Приведем пример таких поправочных коэффициентов (обычно их всего 2):

• Температурный коэффициент (Кt)

Температурный коэффициент учитывает отличие температуры окружающей среды при которой автоматический выключатель испытывался от фактической температуры окружающей среды при которой он эксплуатируется:

Как видно из графика, чем ниже температура окружающей среды тем выше данный коэффициент. Объясняется это просто — чем ниже температура окружающей среды, тем больший ток должен протекать через автоматический выключатель что бы нагреть расцепитель до температуры необходимой для его срабатывания.

• Коэффициент, учитывающий количество установленных рядом автоматов (Кn)

Как было сказано выше, автоматические выключатели при их испытании устанавливаются отдельно, однако на практике они устанавливаются в электрических щитах в один ряд с другими автоматами, что соответственно ухудшает их охлаждение за счет ухудшения циркуляции воздуха и тепла от установленных рядом выключателей:

Соответственно, как и можно увидеть из графика, чем больше рядом установлено автоматов, тем меньше данный коэффициент.

Зная поправочные коэффициенты можно скорректировать номинальный ток автомата в зависимости от условий его эксплуатации.

Например: имеется автоматический выключатель с номинальным током 16 Ампер установленный в щитке с 5 другими автоматами при температуре окружающего воздуха +10 о C.

1. По графикам выше найдем поправочные коэффициенты:

• Кt=1,05
• Кn=0,8

1. Зная поправочные коэффициенты скорректируем номинальный ток автомата:

In / = In* Кt* Кn=16*1.05*0.8=13.44 Ампер

Соответственно при эксплуатации автоматического выключателя в вышеуказанных условиях для определения времени его срабатывания необходимо принимать ток не 16 Ампер, а 13,44 Ампера.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Характеристики автоматических выключателей.

Автоматический выключатель — это устройство, которое предназначено для защиты электрических сетей и потребителей подключённых в данную сеть от токов перегрузки и токов короткого замыкания(КЗ). Безусловно, главным критерием надёжной работы устройства, является правильный выбор автоматического выключателя по номинальному току протекающему в сети в нормальном состоянии. Однако при выборе следует также учитывать характеристики автоматических выключателей.

Номинальный ток автоматического выключателя In— это максимальная ток, который может проходить через автоматический выключатель длительный период времени и не вызывать сбоев и непредвиденных отключений.

Технические характеристики автоматических выключателей.

На первый взгляд подобрать правильно аппарат защиты довольно просто. Прежде всего, необходимо рассчитать общий номинальный ток всех потребителей подключённых в сеть и по нему выбрать устройство защиты. Но не всё так просто, есть некоторые нюансы.

При выборе следует помнить, — автоматический выключатель должен не только защищать приборы и различного рода технику, но и защищать непосредственно кабель, по которому электричество поступает к ним.

Помимо этого следует учитывать, что существуют различные характеристики автоматических выключателей, от которых зависит корректность работы автомата.

Работа автоматического выключателя.

При правильной работе автоматический выключатель держит цепь замкнутой, то есть электричество от источника питания поступает к потребителям, если ток в цепи соответствует номинальным значениям автоматического выключателя. Но даже при нормальных условиях работы, в сети могут возникать кратковременные перегрузки, например повышение тока в допустимых диапазонах, на которые автоматическое устройство не должно реагировать.

Как выяснилось, для некоторых устройств даже кратковременные скачки тока являются критическими, а для некоторых аппаратов, более критичным является внезапное отключение напряжения из-за срабатывания автоматического выключателя. Как же найти выход из столь непростой ситуации? Для этих целей и были разработаны время-токовые характеристики автоматических выключателей (ВТХ).

Защита автоматического выключателя.

Электромагнитный и тепловой расцепитель автоматического выключателя. Кликабельно.

Стоит отметить, по большому счёту автоматический выключатель в своём корпусе имеет два защитных устройства:

1. Тепловой расцепитель;
2. Электромагнитный расцепитель.

В результате, при срабатывании любого из данных устройств, автоматический выключатель отключается.

Тепловой расцепитель автоматического выключателя.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину по которой протекает ток. Если ток превышает в течении определённого времени номинальный ток на который рассчитан автомат, то пластина нагревается и деформируется, в результате чего отключает устройство. Как правило ток при котором срабатывает биметаллическая пластина равен:

Однако, этот параметр зависит также и от температуры наружного воздуха. Чем выше температура окружающей среды, тем ниже ток при котором деформируется биметаллическая пластина и соответственно наоборот.

Как показывает практика, в большинстве случаев тепловая защита автоматического выключателя срабатывает, если ток превышает номинальный на 10-45 % в интервале времени от 5 минут до 1 часа.

Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя.

Принцип работы электромагнитного расцепителя.

Электромагнитный расцепитель по сравнению с тепловым является расцепителем мгновенного действия. Поскольку данный вид расцепителя срабатывает при образовании короткого замыкания (КЗ) или резкого скачка тока в сети. Представляет собой соленоид (электрическую катушку), внутри которого расположен сердечник с пружиной, который воздействует на расцепитель. Если ток является достаточно большим, то в катушке образуется магнитное поле, сила которого превышает силу сопротивления пружины. Под воздействием магнитного поля сердечник перемещается, в результате чего срабатывает расцепитель и автоматический выключатель отключается.

Величина тока необходимая для срабатывания электромагнитного расцепителя определяется время-токовыми характеристиками автоматического выключателя.

Время-токовые характеристики автоматических выключателей.

Время-токовая характеристика автоматических выключателей (ВТХ) — это зависимость времени срабатывания автоматического выключателя от тока протекающего через него.

Время токовые характеристики автоматических выключателей B C D.

Если внимательно рассмотреть автоматические выключатели в магазине, то на разных моделях можно найти различные надписи к примеру: B16, С16, В10, С10 и т.д. На некоторых моделях можно встретить даже редкие D64, например. Многие пользователи догадываются, что цифры, — это номинальный ток в амперах, на который рассчитан автоматический выключатель.

А что же означают буквы и следует ли на них обращать внимание?! Однозначно следует!

На самом деле от буквы напрямую зависит, при каком токе автоматический выключатель отключит сеть мгновенно. Иными словами при каком токе сработает электромагнитный расцепитель.

Как правило, автоматические выключатели имеют ряд характеристик, наиболее распространёнными являются следующие:

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

Например, у нас есть автоматические выключатели трёх видов: B16, С16, D16. Теперь давайте определим при каком токе данные выключатели отключатся мгновенно:

1. B16. Номинальный ток In= 16 А. Следовательно, ток мгновенного отключения Iмг.откл.= 16 * (3…5)=48…80 А.
2. С16. Номинальный ток In= 16 А. Следовательно, ток мгновенного отключения Iмг.откл.= 16 * (5…10)=80…160 А.
3. D16. Номинальный ток In= 16 А. Следовательно, ток мгновенного отключения Iмг.откл.= 16 * (10…20)=160…320 А.

Как видите, разница довольно существенная. Поскольку неправильный выбор характеристики автоматического выключателя может привести как к ложным срабатываниям, так и вовсе к несрабатыванию автомата в аварийной ситуации.

Характеристики автоматических выключателей. Характеристики b, c, d.

Выбор характеристик автоматических выключателей.

Автоматические выключатели характеристика B.
Устройства с данной характеристикой рекомендованы для защиты бытовых электрических сетей освещения. Могут быть использованы для силовых линий (розеток), если пусковой ток подключаемого оборудования является незначительным (телевизор, аудиосистема, различного рода декоративная подсветка, прикроватные светильники и т.п.).

Автоматические выключатели характеристика С.
Как правило, устройства с данной характеристикой наиболее распространены в бытовых электрических сетях. Они выдерживают более высокие токи перегрузки, в отличие от автоматов с характеристикой B. Кроме того, автоматы с характеристикой С могут быть использованы в качестве вводных автоматов для дома или квартиры, хорошо подходят для силовых линий (розеток), к которым подключается бытовое оборудование со средними пусковыми токами (пылесос, миксер,стиральная машина и т.п.).

Автоматические выключатели характеристика D.
Устройства данного типа имеют наиболее высокую перегрузочную способность. Поскольку для срабатывания аппарата данного типа, номинальный ток защитного автомата должен был превышен как минимум в 10 раз. Однако автоматические выключатели с характеристикой D обычно используются на промышленных объектах, для подключения потребителей с большим пусковым током.

Кроме данных характеристик существуют также и иные менее распространённые характеристики автоматических выключателей, о них мы расскажем в одной из наших следующих статей.

Прибор для проверки автоматических выключателей

Проверка автоматических выключателей осуществляется прибором Сатурн-М1, путем создания искусственного замыкания с плавным регулированием значения тока в цепи проверяемого автомата с измерением его значения и времени отключения аппарата.

Как работают автоматические выключатели

Работа автоматического выключателя в различных режимах происходит по простому принципу.

Нормальный режим

Во время взвода рычага управления выключателем приводится в движение механизм взвода и расцепления, тем самым осуществляя коммутацию силовых контактов.
После коммутации ток протекает от питающего провода или кабеля, подключенного к винтовому зажиму. Через этот зажим по контактам проходит ток, причем сначала по неподвижным, а затем и по подвижным.

Короткое замыкание

В данном режиме электромагнитный расцепитель автоматического выключателя должен произвести мгновенное отключение нагрузки. Принцип действия заключается в следующем: при значительном превышении номинального показателя, протекающего через обмотку электромагнита, возникает мощное магнитное поле, которое тянет вниз якорь с подвижным контактом.

Последствия КЗ

Якорь в свою очередь надавливает на рычажок спускового механизма, в результате чего происходит отключение нагрузки.

Перегрузка

За защиту от перегрузки отвечает тепловой расцепитель. Принцип работы данного расцепителя заключается в следующем: когда энергия, протекающая через биметаллическую пластину, становится равной или больше установленного значения, пластина нагревается и постепенно изгибается.

Обратите внимание! Достигнув определенного угла изгиба, она надавливает своим кончиком на рычажок спускового механизма. Таким образом автомат отключается.

Структура условного обозначения ВА04-36-330010-20УХЛ3 200А:

• ВА — выключатель автоматический
• 04 — условное обозначение серии
• 36 — условное обозначение номинального тока
• 33 — условное обозначение числа полюсов и количества расцепителей тока (30 — три полюса без расцепителей, 33 — три полюса с расцепителями в зоне токов короткого замыкания, 34 — три полюса с расцепителями в зоне токов короткого замыкания и перегрузки, 80 — два полюса без максимальных расцепителей, 83 — два полюса с расцепителями в зоне токов короткого замыкания, 84 — два полюса с расцепителями в зоне токов короткого замыкания и перегрузки)
• 00 — условное обозначение дополнительных сборочных единиц (00 — без дополнительных сборочных единиц, 11 — со свободными контактами, 12 — с независимым расцепителем, 18 — со свободными контактами и независимым расцепителем)
• 1 — вид исполнения и тип привод (1 — стационарный с ручным приводом, 2 — врубной с ручным приводом, 3 — стационарный с электромагнитным приводом, 5 — выдвижной с ручным дистанционным приводом, 7 — выдвижной с электромагнитным приводом, 9 — врубной с электромагнитным приводом)
• 0 — наличие дополнительных механизмов (0 — отсутствуют, 5 — ручной дистанционный привод, 6 — устройство запирания)
• 20 — степень защиты IP20
• УХЛ3 — климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150 и ГОСТ 15543.1
• 200А — номинальный ток тепловых максимальных расцепителей тока, А

Отключение

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения t_c, о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (t_c, о = 0,02-1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (t_c, о

Нормальные и селективные автоматические выключатели токоограничивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, обладают токоограничивающим действием, так как отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения І_y.

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей путём установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.

Проверка полупроводниковых расцепителей

Принцип проверки тот же, отличие лишь в том, что первоначально нужно выставить на расцепителе требуемые уставки. Поскольку такие автоматы используются для защиты производственных механизмов, питающих фидеров на трансформаторных подстанциях и распределительных устройствах, то эти данные берут из проекта.

Устройства для проверки имеют ограничения по максимально выдаваемому току. Поэтому мощные автоматические выключатели напрямую проверить удается не всегда. Ток отсечки в 10 000 А выдать не просто. Поэтому работники электролабораторий идут на хитрость. Уставка по току занижается до величины, которую способно выдать используемое проверочное устройство. После проверки она возвращается в исходное положение.

То же самое делается и с уставкой по току перегрузки. Если ее можно совсем вывести, то при проверке отсечки эта возможность обязательно используется. Ложного срабатывания защиты от перегрузки не произойдет.

Но ждать при проверке мощных автоматов придется все равно. Токи настолько велики, что нагревается проверочное оборудование и соединительные провода. Чтобы не вывести приборы из строя и не расплавить изоляцию, в работе регулярно делаются паузы.