Возрастающие потребности человека приводят к усложнению обслуживающего его оборудования, как в быту, так и на производстве. По большей части эти устройства работают на электрической энергии, поэтому неполадки в сети могут привести к поломке, длительным поискам причин и комплектующих, к связанным с этим неудобствам. Поэтому любая авария в электроустановке с каждым годом становится для потребителя всё дороже. Выход один - необходимо защитное устройство, которое избавит от всех проблем и будет отличаться надёжностью, доступностью и экономичностью.

Всем этим характеристикам соответствует автоматический выключатель (автомат). Это коммутационный аппарат, механика которого способна проводить и переключать токи при обычном состоянии электросети. Кроме этого, при аварийной ситуации автомат отключает потребителей после определённого времени или после увеличения тока до назначенной величины (ток короткого замыкания). Автоматы были разработаны для предохранения электроустановок от перегрузок, токов коротких замыканий, а некоторые модели и от пониженного напряжения. Ими также можно изредка отключать и включать подачу питающего напряжения в целях оперативного управления.

Конструктивно простейший современный автоматический выключатель включает в себя диэлектрический корпус, рычаг, два контакта (подвижный и стационарный) и расцепители (магнитный и тепловой). Магнитный или мгновенный расцепитель выполнен в виде соленоида, сердечник которого разъединяет цепь при превышении указанной величины тока, втягиваясь в обмотку. Для быстрого срабатывания (доли секунды) ему необходим ток, превышающий номинальный в 2-10 раз. Тепловой расцепитель срабатывает при более длительном воздействии повышенного тока (от нескольких секунд до часа), но и ток при этом должен возрасти всего в полтора раза. Увеличенный против номинального ток повышает температуру биметаллической пластины, которая изменяет свою длину и тем самым разъединяет цепь. После её остывания автоматический выключатель вновь готов к включению.

Автоматические выключатели разделяют по следующим параметрам:
- по виду тока (постоянный, переменный или оба). Величина тока может колебаться в широких пределах: от 6,3А до 6,3 кА;
- по количеству полюсов: от одно- до четырёх полюсных;
- по токоограничению (в наличии или нет);
- по типам расцепителей (максимальный, независимый или нулевой);
- по временному интервалу: без выдержки, с задержкой не зависимой от величины тока, с обратно зависимой от тока или сочетание этих характеристик;
- по наличию коммутации вторичных цепей (есть или нет);
- по виду подключения цепей (с задним присоединением, с передним, с универсальным);
- по типу привода (ручной, пружинный, с электромагнитным двигателем или пневматическим);
- по степени герметизации корпуса для защиты от воздействия внешней среды.

Кроме этого, автоматы делятся по времени срабатывания (от подачи команды на расцепление до фактического разъединения цепи):
- нормальные. Время варьируется от 0,02 до 0,1 секунды;
- селективные. Временной промежуток можно регулировать в рамках 1 секунды;
- быстродействующие. Кроме короткого периода отключения (0,005 секунды), данные автоматы имеют токоограничивающий эффект.

Стандартный ряд номинальных токов выключателя, Ампер: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300

При выборе автоматического выключателя, помимо номинального тока, следет обращать внимание на его характеристику (ток мгновенного расцепления).
За редким исключеним, бывает три основных типа характеристики: B, C, D:
B : ток мгновенного расцепления от 3*I n до 5*I n включительно (где I n - номинальный ток)
C : от 5*I n до 10*I n
D : от 10*I n до 50*I n

На рисунке ниже, приведен график зависимости времени срабатывания от тока отключения и их соответствие характеристикам B, C или D.

Для контроля электрической проводки в квартире или доме используются специальные защитные устройства, отключающие электроэнергию при перегрузке сети. Такими характеристиками как ток нагрузки и напряжение сети определяются номиналы автоматических выключателей.

Виды устройств

Существует несколько типов устройств, которые могут контролировать работу проводки и, при необходимости, отключать электрическую энергию. Они бывают:

1. Миниатюрные (мини-модели);
2. Воздушные (открытое исполнение);
3. Закрытые выключатели в литом корпусе;
4. УЗО (Устройства защитного отключения);
5. Автоматические выключатели, дополнительно оснащенные УЗО (дифференциальные).

Миниатюрные устройства рассчитаны на работу в сетях с небольшой нагрузкой, как правило, у них нет функции дополнительной регулировки. Этот модельный ряд представляют автоматы с отключающей способностью, рассчитанной на ток осечки от 4,5 до 15 кА. Поэтому их используют чаще всего в бытовой проводке, т. к. для производственных мощностей необходима более высокая сила тока.

Очень популярны модели производства компании Schneider Electric. В продаже есть автоматы с номиналами от 2 до 125 А, что позволяет подобрать отдельное устройство даже для небольшой группы приборов, к примеру, для подключения освещения или другого электрооборудования (бра, электрочайник и т.д.).

Если требуются устройства с более высоким номиналом, скажем, для контроля работы электрических сетей, к которым подключаются мощные потребители, выбираются автоматические выключатели воздушного типа. Их номинал тока отсечки на порядок выше, чем у миниатюрных моделей. Как правило, они производятся в трехполюсном исполнении, но сейчас многие компании, в том числе и ИЭК, изготавливают четырехполюсные модели.

Монтаж автоматических выключателей производиться в специальном шкафу, где установлены DIN-рейки для их крепления. Распределительные шкафы с соответствующим классом защиты (не менее IP55) допускается размещать на открытом пространстве (столбы, уличные щитовые и т.д.). Влагозащищенный корпус, выполненный из тугоплавких материалов, обеспечивает должный уровень безопасности.

Модельная линия этих автоматических выключателей допускает незначительное отклонение (до 10 %) от оговоренных характеристик. Самым большим достоинством этих автоматов перед миниатюрными является возможность настройки рабочих параметров устройства.

Для этого используются специальные вставки, при помощи которых можно контролировать силу тока на контактах. Иными словами, при установке на активный контакт калиброванной вставки появляется возможность изменить параметры выключателя, что в некоторых условиях позволяет расширить номинальные характеристики. Независимо от диапазона действия и номиналов, автоматические выключатели имеют одинаковый размер всего модельного ряда, единственным изменяющимся габаритом является ширина (модульность). Она зависит от количества полюсов (их может быть 2 и более).

Автоматические выключатели монтируются в вертикальном положении, за исключением устройств в исполнении свыше 5000 А и 6300А. Они могут использоваться для установки на открытой местности или в специальных щитовых. Преимуществом таких приборов является наличие дополнительных контактов и соединений, что значительно расширяет область использования и возможности монтажа.

Закрытые автоматические выключатели изготовлены в литом корпусе, выполненном из тугоплавкого материала. Благодаря этому они являются полностью герметичными и подходят для использования в экстремальных условиях. В среднем, модельный ряд таких автоматов используется при токе до 200 Ампер и напряжении до 750 Вольт. По принципу действия они делятся на следующие типы:

1. Регулируемые;
2. Тепловые;
3. Электромагнитные.

В зависимости от потребностей, нужно выбрать оптимальный принцип работы приборов. Самыми точными считаются устройства электромагнитного типа, т. к. они определяют среднеквадратичное значение активных токов и срабатывают при коротком замыкании. Это позволяет заранее предупредить все негативные последствия.

Любой из перечисленных типов устройств может быть изготовлен в одном из четырех стандартных типоразмерах, с током отсечки в диапазоне от 25 до 150 А. Исполнение может быть двух, трех и четырех полюсным, что позволяет их использовать при подключении к сети электропитания как жилых, так и производственных помещений.

Автоматы в электромагнитном исполнении прекрасно зарекомендовали себя как устройства, которые могут контролировать работу двигателей станочного или другого оборудования. Отличительной чертой является способность противостоять токовым импульсам силой до 70000 Ампер. Номинальный ток срабатывания обозначен на корпусе устройства.

УЗО нельзя считать самостоятельными приборами для защиты сетей от перенапряжения. Их рекомендуется использовать либо в тандеме с автоматами, либо сразу покупать выключатель, оснащенный дополнительным устройством защиты (дифференциальные автоматы). При этом, во время монтажа проводки УЗО устанавливается перед автоматами, а не наоборот. В противном случае, прибор может просто сгореть при высоких импульсах тока короткого замыкания.

Видео: выключатели нагрузки

Номиналы автоматов (расчет по таблице)

Чтобы выбрать правильные номиналы для домашних и производственных автоматических выключателей, используется специальная таблица:

Рассчитать номиналы автоматических выключателей также очень просто. Нужно выделить группу приборов, к примеру, это будет чайник, лампа, холодильник, после чего нужно узнать их мощность для определения номинальной силы тока. Воспользуемся законом Ома: I=P/U , где:

• I – сила тока, потребляемого оборудованием (А);
• P – мощность оборудования (Вт);
• U – напряжение электросети (В).

К примеру, чайник у нас мощностью 1,5 кВт (1500 Вт), лампа – 100 Вт, холодильник – 300 Вт; итого общее значение будет равно 1,9 кВт (1900 Вт), высчитываем номинальный ток: I=1900/220 = 8,6. Ближайший автомат по току срабатывания – 10 А. Естественно, на практике этот показатель будет больше, современная проводка должна быть рассчитана на ток нагрузки не менее 16 А.

Небольшое завышение параметров вреда не принесет, а от занижения может произойти замыкание и пожар. Специалисты рекомендуют при большом количестве ампер использовать не один мощный автомат, а несколько со средним номиналом – так обеспечивается большая надежность работы.

Для обеспечения надежной защиты кабеля с помощью автоматического выключателя нужно учитывать некоторые особенности работы этого устройства и провести правильный подбор. Дело в том, что ток (I n), который указан в маркировке автомата, на самом деле является рабочим током, и его превышение в определенном диапазоне не вызывает немедленного отключения сети.

Номиналы автоматов для защиты кабеля электропроводки

Например, если маркировка С25, то это означает, что ток силой 25А может течь по этой цепи неограниченное время. Если превышение будет до 13% (28,5А), то отключение может наступить более чем через час работы, до 45% (36,25А) – менее часа. Для гарантированной защиты сети важно, чтобы повышенный ток не превышал допустимый ток в кабеле.

Такой алгоритм работы автомата, с одной стороны, снизит вероятность ложного срабатывания, но с другой – требует более обдуманно подойти к выбору автомата.

Правильный выбор автоматического выключателя – задача не простая, но от ее решения зависит безопасная эксплуатация дома или квартиры и уменьшение материальных затрат.

Параметры

Номинальный ток (I n)

Автоматические выключатели имеют стандартизованный ряд номинальных токов, это отражено в ГОСТ Р 50345–99, данные сведены в таблицу. Это длительные токи, текущие через автомат и не вызывающие его отключения. По таблице можно подобрать номинальный ток автоматического выключателя. В ней приведен стандартный ряд номинальных токов (I n) для автоматов, применяемых в России.

Стандартизированный ряд номинальных токов (In) для автоматов

Однако на время отключения оказывает влияние температура окружающей среды и способ монтажа выключателя. Так, повышение температуры воздуха в месте установки автомата вызывает сокращение этого периода, понижение – удлиняет. Одиночно установленный выключатель имеет более длительный период, а установленный в группе – сокращенный, из-за влияния соседних автоматов.

Приведенная ниже таблица отражает информацию о токах, приводящих к отключению в длительной перспективе, она позволит выбрать необходимый номинал. Это нормируемые токи по ГОСТУ.

Нормируемые токи по ГОСТУ для выбора номинала автомата

По приведенной таблице можно сделать выбор автомата по току отключения. Например, известно, что кабель в открытой проводке с медной жилой сечением 4 мм 2 имеет допустимый ток 30А (т. 1.3.4-1.3.8. ПУЭ). Находим в таблице ближайший меньший ток отключения, это – 29А, значит, нам нужен автомат С20. Если выбрать автомат с номинальным током С25, то длительно протекающий ток в кабеле составит 36,25А, время отключение автомата может достигать 1 часа. За это время кабель может нагреться до значительной температуры, что вызовет оплавление изоляции. Если повторение такой ситуации не исключено, то это обязательно приведет к аварии.

Также невозможно без сложных измерений точно определить, при каком токе нагрузки сработает тот или иной конкретный экземпляр, но существует коридор, в котором гарантированно сработает любой экземпляр этого номинала.

Время-токовые характеристики

Эти характеристики представлены в виде графика, по которому можно довольно точно определить ток и время, когда произойдет гарантированное отключение устройства.

Графики для определения времени отключения автомата

Например, можно узнать, через какой промежуток времени произойдет отключение автомата типа С, если через него протекает ток в полтора раза больше номинального, т. е. I/I n =1,5. Проводим на графике вертикальную линию так, чтобы она пересекла область значений и от точек пересечения этой прямой с голубой зоной проводим горизонтальные линии до оси Y.

На оси Y видим время: минимальное – 50 сек., максимальное – в районе 6 мин. Значит, при двойном превышении тока этот кабель будет работать под такой нагрузкой до 6 мин.

Для определения токов отключения для других типов, B или D, следует провести горизонтальные линии до оси Y от соответствующих областей.

При коротком замыкании автоматы работают очень надежно, отключая сеть менее чем через 0,1 сек, за такой промежуток времени кабель не успевает заметно нагреться.

Если произошло аварийное отключение, не спешите включать автомат, сначала отключите мощные приборы, особенно нагревательные: утюг, кипятильник, электроплиту, микроволновку и т. д. Включайте автомат спустя 5–10 мин., если произошло повторное отключение, то лучше вызвать специалиста.

Кабели ГОСТ 31996–2012

При выборе автомата необходимо учитывать характеристики кабелей. Важнейшей является допустимый ток (I доп). Она показывает, при каком максимальном токе кабель может работать на протяжении всего срока службы. Данная таблица из ПУЭ содержит сведения о допустимых токах кабеля в зависимости от материала и условий прокладки кабелей.

Допустимые токи для кабеля в зависимости от материалов

Из этой таблицы можно найти необходимое сечение кабеля и допустимый ток в зависимости от условий прокладки проводки, открытая или зарытая. Например, мощность всех приборов в квартире 9 квт. Для открытой однофазной медной проводки сечение провода 4 мм 2 , ток 41А, для закрытой – ближайшее большее значение мощности 11 квт, сечение 10 мм 2 , ток 50А. Ближайший меньший номинал автоматического выключателя –32А.

Если существует сомнение в качестве электропроводки, то лучше проявить осторожность и выбрать автомат номиналом меньше, чем значение в таблице.

Квартирная сеть имеет разветвленную структуру: в каждой ветви будет протекать ток разной силы, поэтому провода имеют различное сечение. Если поставить один автомат только на входе, то он не сможет защитить отдельные участки проводки от перегрузки. Если всю сеть проложить кабелем одного сечения, то это неоправданные денежные затраты. Лучшим выходом будет установка на каждом участке автомата на соответствующий ток. На рисунке приведена примерная структура.

Установка автоматов на соответствующий ток

На рисунке четко видно нагрузку на каждом участке и сечение провода. Установив соответствующие автоматы, можно надежно защитить всю сеть от короткого замыкания или перегрузки. Кроме того, в любой момент имеется возможность выбрать и отключить тот или иной участок, сохранив работоспособность остальной сети.

При использовании в быту мощных асинхронных двигателей, особенно 3-фазных, например, электроинструментов, желательно их включать через отдельный автомат, так как они имеют большой пусковой ток, и при работе через общий автомат может произойти отключение сети даже при штатной работе оборудования.

Выбор сечения. Видео

Про выбор сечения кабеля и номинала автомата подробно можно узнать из этого видео.

Если выбор автоматического выключателя проводится для существующей сети, то в первую очередь надо знать сечение проводки, и уже по ней делать выбор. Если сеть еще не прокладывалась, то надо начинать с подсчета возможной нагрузки с учетом всех бытовых приборов, которые планируется подключать. Проводка служит при правильной эксплуатации 20-30 лет, за это время, скорее всего, в быту появятся новые приборы, поэтому следует предусмотреть запас по мощности процентов 20.

Основным назначением автоматических выключателей, применяемых в бытовых электрических сетях, является своевременное отключение потребителей в случае возникновения короткого замыкания или превышения номинального значения тока в результате перегрузки.

Для того чтобы иметь возможность выполнять обе эти функции, любой должен быть оснащен двумя видами расцепителей, один из которых (электромагнитный) реагирует на резкое увеличение тока, а другой (тепловой) размыкает цепь в случае недопустимого возрастания температуры проводников.

Невыполнение защитой своих функций может привести к чрезмерному нагреву элементов сети, их разрушению или возникновению пожара. Поэтому при монтаже или ремонте крайне важно правильно выбрать и установить устройства ее защиты.

Вполне естественно, что значения номинального тока и напряжения, а также времени отключения у различных автоматических выключателей разное.

Для того чтобы разобраться в критериях и правилах, которыми принято руководствоваться при установке этих устройств, следует внимательнее присмотреться к их техническим характеристикам.

Большинство их этих характеристик можно определить, просто глядя на соответствующие маркировки, нанесенные на корпус автоматического выключателя.

Номинальный ток

Эта характеристика показывает, какой максимально допустимый ток может протекать через это устройство в течение длительного времени не вызывая при этом срабатывания теплового расцепителя.

Чтобы рассчитать это значение для отдельной однофазной линии, нужно совокупную мощность подключенных к ней электроприборов разделить на напряжение сети. Например, при мощности потребителей в 3 кВт номинальный ток будет равен:

Номинальное напряжение

Тут все очень просто, для однофазной сети следует выбирать автоматы с номиналом 230 В, а для трехфазной – 380 В.

Тип времятоковой характеристики

Эта характеристика показывает зависимость скорости отключения контактов расцепителя от величины протекающего через них тока. Дело в том, что некоторые устройства, применяемые в бытовых электросетях, имеют достаточно большие пусковые токи, намного превышающие значения номинальных токов.

В бытовых электросетях применяются автоматические выключатели, имеющие три типа времятоковых характеристик:

• В. Предназначены для питания и линий освещения.
• С. Наиболее распространенный тип выключателей, применяется для питания более мощных, чем в предыдущем случае потребителей (в том числе и двигателей с небольшими пусковыми токами). Такой автомат может быть использован в качестве вводного отключающего устройства в системе электроснабжения квартиры или частного дома.
• Автоматы с характеристикой этого типа используются главным образом для защиты электродвигателей.

Как видно из рисунка, даже при десятикратном превышении током в цепи своего номинального значения, автомат, имеющий характеристику D, отключит цепь с задержкой от 1 до 2 с.

Номинальная отключающая способность

Эта характеристика показывает, какое максимальное значение тока может быть отключено этим автоматом.

Количество полюсов

В однофазных сетях используются выключатели, имеющие один или два полюса. Для установки в цепь питания трехфазного двигателя применяют трехполюсные устройства, а для защиты потребителей четырехпроводной трехфазной сети (с выделенным нулем) – четырехполюсные автоматы.

Если все вышеперечисленные значения определены, то выбрать автоматический выключатель для установки в квартире не представляет особой сложности. Однако есть еще несколько важных моментов, на которые стоит обратить внимание при монтаже системы защиты, состоящей из нескольких выключателей.

1. Для обеспечения максимальной надежности лучше использовать автоматы от одного производителя.
2. Подбирать номиналы выключателей по току нужно таким образом, чтобы обеспечить селективность системы автоматической защиты. То есть в случае возникновения аварийных ситуаций, она должна отключать только тот участок сети, где такая ситуация возникла. Чтобы обеспечить этот параметр, нужно в качестве общих автоматов выбирать устройства с большим значением номинального тока.
3. Чтобы избежать приобретения некачественного или несоответствующего заявленным характеристикам устройства, лучше не покупать его у непроверенных поставщиков. Для этой цели существуют специализированные магазины или, в идеале, сертифицированные дилеры надежных производителей.

При проектировании электросети нового дома, для подключения новых мощных приборов, в процессе модернизации электрощита приходится осуществлять выбор автоматического выключателя для надёжной электрической безопасности.

Некоторые пользователи небрежно относятся к данной задаче, и могут не задумываясь подключить любой имеющийся автомат, лишь бы работало, или при выборе ориентируются по таким критериям: подешевле, чтоб не сильно по карману било, или по мощней, чтобы лишний раз не выбивало.

Очень часто такая халатность и незнание элементарных правил выбора номинала предохранительного устройства приводит к фатальным последствиям. Данная статья ознакомит с основными критериями защиты электропроводки от перегрузки и короткого замыкания, для возможности правильного выбора защитного автомата соответственно мощности потребления электроэнергии.

Коротко принцип работы и предназначение защитных автоматов

Автоматический выключатель при коротком замыкании срабатывает практически моментально благодаря электромагнитному расцепителю. При определённом превышении номинального значения тока нагревающаяся биметаллическая пластина отключит напряжение спустя некоторое время, которое можно узнать из графика время токовой характеристики.

Данное предохранительное устройство защищает проводку от КЗ и сверх токов, превышающих расчётное значение для данного сечения провода, которые могут разогреть токопроводящие жилы до температуры плавления и возгорания изоляции. Чтобы этого не произошло, нужно не только правильно подобрать защитный выключатель, соответствующий мощности подключаемых устройств, но и проверить, выдержит ли имеющаяся сеть такие нагрузки.

Провода должны соответствовать нагрузке

Очень часто бывает, что в старом доме устанавливается новый электросчётчик, автоматы, УЗО, но проводка остаётся старой. Покупается много бытовой техники, суммируется мощность и под неё подбирается автомат, который исправно держит нагрузку всех включённых электроприборов.

Вроде всё правильно, но вдруг изоляция проводов начинает выделять характерный запах и дым, появляется пламя, а защита не срабатывает. Это может случиться, если параметры электропроводки не рассчитаны на такой ток.

Допустим, поперечное сечение жилы старого кабеля — 1,5мм², с максимально допустимым пределом по току в 19А. Принимаем, что одновременно к нему подключили несколько электроприборов, составляющих суммарную нагрузку 5кВт, что в токовом эквиваленте составляет приблизительно 22,7А, ему соответствует автомат 25А.

Провод будет разогреваться, но данный автомат будет оставаться включённым все время, пока не произойдёт расплавление изоляции, что повлечёт короткое замыкание, а пожар уже может разгораться полным ходом.

Защитить самое слабое звено электропроводки

Поэтому, прежде чем сделать выбор автомата соответственно защищаемой нагрузке, нужно удостовериться, что проводка данную нагрузку выдержит.

Согласно ПУЭ 3.1.4 автомат должен защищать от перегрузок самый слабый участок электрической цепи, или выбираться с номинальным током, соответствующим токам подключаемых электроустановок, что опять же подразумевает их подключение проводниками с требуемым поперечным сечением.

При игнорировании этого правила не стоит нарекать на неправильно рассчитанный автомат и проклинать его производителя, если слабое звено электропроводки вызовет пожар.

Расчет номинала автомата

Допускаем, что проводка новая, надёжная, правильно рассчитанная, и соответствует всем требованиям. В этом случае выбор автоматического выключателя сводится к определению подходящего номинала из типичного ряда значений, исходя из расчетного тока нагрузки, который вычисляется по формуле:

где Р – суммарная мощность электроприборов.

Подразумевается активная нагрузка (освещение, электронагревательные элементы, бытовая техника). Такой расчет полностью подходит для домашней электросети в квартире.

Допустим расчет мощности произведён: Р=7,2 кВт. I=P/U=7200/220=32,72 А. Выбираем подходящий автомат на 32А из ряда значений: 1, 2, 3, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100.

Данный номинал немного меньше расчётного, но ведь практически не бывает одновременного включения всех электроприборов в квартире. Также стоит учитывать, что на практике срабатывание автомата начинается со значения в 1,13 раза больше от номинального, из-за его времятоковой характеристики, то есть 32*1,13=36,16А.

Для упрощения выбора защитного автомата существует таблица, где номиналы автоматов соответствуют мощности однофазной и трёхфазной нагрузки:

Найденный по формуле в вышеприведённом примере номинал наиболее близок по значению мощности, которое указано в выделенной красном ячейке. Также, если вы хотите рассчитать ток для трехфазной сети, при выборе автомата, ознакомьтесь со статьей про

Подбор защитных автоматов для электрических установок (электродвигателей, трансформаторов) с реактивной нагрузкой, как правило, не производится по мощности. Номинал и тип время токовой характеристики автоматического выключателя подбирается соответственно рабочему и пусковому току, указанному в паспорте данного устройства.