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

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

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

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

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

1.B– от 3 In до 5 In.

2.C – от 5 In до 10 In.

3.D – от 10 In до 20 In.

In– это номинальный показатель предохранительного элемента.

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

Время-токовая характеристика типа B

На графике приведена зависимость времени срабатывания защитного устройства от величины протекающего электротока. На оси Х указана кратность тока к номинальному электротоку коммутатора. По оси Y– время разъединение (секунд).

График имеет две линии, которые описывают разброс разъединение электромагнитного и теплового расцепителя устройства. Верхняя линия – это холодное состояние автомата после срабатывания, а нижняя – горячее.

Важно! Характеристики большинства автоматов изображаются при температуре 30 градусов по Цельсию.

На представленных характеристиках, пунктирной линией отмечен верхний предел для прибора с номинальным электротоком меньше 32 Ампер.

Анализ графика показывает:

1.Если через коммутационный прибор будет проходить электрический ток в 3 In, то максимальное время его отключения в горячем состоянии составляет 0,02 секунды. В холодном состоянии время срабатывания:

• для автоматов менее 32 А – 35 сек.;
• для автоматов более 32 А – 80 сек.

2.Если через автомат будет проходить электроток в 5 In, то максимальное время разъединения в горячем состоянии – 0,01 секунды, а в холодном – 0,04.

Автоматические выключатели вида B используются преимущественно для защиты потребителей с активным типом нагрузки – цепи освещения, электрические обогреватели и печи.

В магазинах количество подобных устройств довольно ограничено. Хотя для организации питания групп розеток и освещения целесообразно использовать именно такие рубильники, а не тип С. Именно в таком случае удастся соблюсти селективность при коротком замыкании.

Время-токовая характеристика типа C

График время-токовой характеристики вида С:

1.Если через предохранительный коммутатор будет протекать ток в 5 In, то максимальное время отключения в горячем состоянии составит 0,02 секунды. В холодном состоянии наибольшее время разъединение :

• для выключателей менее 32 А – 11 сек.;
• для выключателей более 32 А – 25 сек.

2.Если через защитное коммутационное устройство будет протекать электроток в 10 In, то максимальное время срабатывания в горячем состоянии – 0,01 секунды, а в холодном – 0,03 секунды.

Данный тип автоматов используется в основном для защиты моторов с небольшими пусковыми токами и трансформаторов. Их также можно применять для запитывания цепей освещения. Они широко используются в жилом фонде.

Время-токовая характеристика типа D

График время-токовой характеристики типа D:

1.Если через з предохранительный автомат будет протекать ток в 10 In, то максимальное время отключения в горячем состоянии составит 0,02 секунды. В холодном состоянии максимальное время срабатывания :

• для выключателей менее 32 А – 3 сек.;
• для выключателей более 32 А – 7 сек..

2.Если через защитный коммутатор будет протекать электроток в 20 In, то наибольшее время срабатывания в горячем состоянии – 0,009 секунды, а в холодном – 0,02 секунды.

Коммутаторы вида D используются для защиты двигателей с тяжелым и частым пуском.

Изменение характеристик расцепления автоматов

Как упоминалось в начале статьи, все характеристики предохранительных автоматов приводятся при температуре окружающей среды в 30 градусов по Цельсию. Для того, чтобы узнать время срабатывания механических коммутаторов при других температурах, следует учитывать такие поправочные коэффициенты:

1.Kt – температурный коэффициент окружающего воздуха. На графике ниже можно проанализировать его значения. Чем выше температура воздуха, тем ниже значение данного коэффициента, а значит и снижается номинальный ток выключателя, то есть его нагрузочная способности. Или, иначе, чем холодней, тем меньше нагрузочная способность. По этойпричине в жарких помещениях возможно срабатывания автоматов даже без роста нагрузки.

2.Kn– коэффициент учета количества установленных автоматов в ряд. Когда в одном ряду уставлено несколько защитных автоматов, то они передают часть своего тепла остальным выключателям. На графике ниже представлена зависимость конвекции тепла от количества автоматов. Чем больше устройств в ряду, тем меньше их нагрузочная способность.

Для того, чтобы рассчитать электроток, в соответствии с температурой окружающей среды, нужно номинальный ток механического коммутатора умножить на приведенные выше коэффициенты.

Теперь рассмотри пример использования коэффициентов на практике. Допустим, распределительный щиток установлен на улице и к нему подключено 4 автомата:

• вводной автомат типа ВА 47-29 С40 – 1 штука;
• групповой автомат типа ВА 47-20 С16 – 3 штуки.

Температура окружающей среды – минус 10 градусов по Цельсию.

Находим поправочные коэффициенты для автомата ВА 47-29 С16:

Рассчитываем номинальный ток:

Следовательно, чтобы определить предельное время отключения защитного автомата типа С нужно использовать не соотношение I/In (I/16), а I/In* (I/14,43).

Условный ток неотключение и условный ток отключения

Каждый автомат имеет условный ток неотключения, который рассчитывается как 1,13 In. При таком токе защитное устройство не сработает.

Возьмем уже знакомый нам выключатель ВА 47-29 С16. При протекании через него электротока 1,13 In=18,08 Ампер он никогда не сработает.

Также существует такое понятие, как условный ток отключения. Он всегда равняется 1,45 In. При таком токе в холодном состоянии выключатель не будет отключатся в течение часа.

Например, выключатель ВА 47-29 С16 при прохождении тока 1,45In = 23,2 Ампер в горячем состоянии отключится через 50 секунд, а в холодном – через час.

Только представьте, что автомат номинальным током в 16 Ампер сможет держать нагрузку в 23 Ампер в течение 60 минут. За это время 1,5-миллиметровый кабель может выгореть и расправится.

Времятоковые характеристики автоматических выключателей

Чтобы защитить электрические сети, а также подключенное к ним оборудование от токов, которые превышают допустимые номинальные значения, используются автоматические выключатели (АВ), которые, благодаря встроенным в них тепловым и электромагнитным расцепителям, размыкают цепь и обесточивают линию. Срабатывание автоматического выключателя может быть обусловлено токами перегрузки, которые возникают из-за того, что суммарная мощность подключенной нагрузки превышает допустимые значения или токами короткого замыкания.
Время, которое необходимо чтобы обесточить электрическую цепь может занимать от нескольких долей секунды до нескольких минут и зависит от номинального тока автоматического выключателя, его время токовых характеристик (ВТХ), а также типа сработавшего расцепителя.

Токовременная характеристика автоматического выключателя характеризует зависимость промежутка времени, которое требуется для срабатывания устройства, от кратности фактического тока, протекающего через АВ к номинальному току выключателя.

Автоматические выключатели выпускаются нескольких классов. Наиболее часто используются устройства таких классов:

• B – обесточивают сеть, когда фактическая величина тока превышает номинальный ток АВ в 3-5 раз;
• C – срабатывает при превышении номинального тока в 5-10 раз;
• D — отключает подачу электроэнергии, если кратность фактического и номинального тока колеблется от 10 до 20.

Токовременные характеристики указываются на корпусе устройства вместе с номинальным током.

Защита электрических цепей и подключенной к ни нагрузки от токов большой величины, вызванных коротким замыканием осуществляется при помощи электромагнитного расцепителя. Вне зависимости от класса, к которому относится устройство, время, нужное чтобы обесточить цепь исчисляется долями секунды.
Срабатывание АВ из-за возникновения перегрузок в сети происходит благодаря тепловому расцепителю (биметаллической пластине) и занимает более длительный промежуток времени.

Для каждого автоматического выключателя, вне зависимости от класса, существуют такие характеристики, как «условный ток нерасцепления» и «условный ток расцепления».
«Условный ток нерасцепления» превышает номинальное значение тока АВ в 1,13 раз. При таком значении фактического тока устройство не обесточит цепь в течении одного часа для автоматических выключателей с номинальным током до 63A и в течении двух часов для АВ с номинальным током превышающим 63A.
«Условный ток расцепления» превышает номинальное значение тока АВ в 1,45 раза. При таком значении фактического тока устройство обесточит цепь в течении одного часа для автоматических выключателей с номинальным током до 63A и в течении двух часов для АВ с номинальным током превышающим 63A.

Существуют специальные графики, по которым можно определить время отключения автоматических выключателей в зависимости от кратности превышения фактического тока над номинальным для устройств каждого класса.

Также на скорость отключения в большой степени влияет состояние автоматического выключателя. Для каждого устройства существует понятие «холодное» состояние, присущее выключателям через которые нагрузка была только что включена и «горячее» состояние, для АВ находившихся в работе некоторый промежуток времени.
На графике ВТХ нижняя кривая соответствует горячему» состоянию автоматического выключателя, а верхняя – «холодному» состоянию. Соответственно для АВ находящемуся в эксплуатации потребуется меньше времени для обесточивания сети, чем устройству, к которому только что подключили нагрузку.

Время-токовые характеристики автоматических выключателей в таблицах

У меня на блоге несколько статей про автоматические выключатели (АВ). Сегодня я хочу продолжить тему, которую рассмотрел в статье про Характеристики автоматических выключателей. Там я подробно рассмотрел время-токовые характеристики, характерные точки на кривой отключения, рассказал, когда сработает тепловой расцепитель, а когда – электромагнитный.

Поэтому не буду здесь об этом писать. Считаю, что эту статью читает подготовленный читатель. Если нет – перейдите по ссылке.

Почему время-токовые характеристики неудобны на практике

Но всё это – общая теория, без привязки к конкретным моделям автоматических выключателей. Ведь даже зная теорию, которая изложена в статьях и ГОСТ Р 50345-2010, невозможно слёту сказать, какой ток расцепления и нерасцепления будет у автомата, у которого на лицевой стороне написано “В10”. Нужно листать ГОСТ, гуглить, вспоминать, умножать, и так далее.

Вот как я об этом рассуждаю в статье про характеристики автоматов (ссылка в начале статьи):

Когда сработает автоматический выключатель? Рассуждения у время-токовой характеристики…

И мне, и моим читателям это неудобно. Поэтому я решил создать удобные на практике таблицы, приведенные ниже. В таблицах приведены данные, заранее посчитанные на основе номинального тока и типа тока мгновенного расцепления (В, С, D).

Фактически, таблицы токов, приведенные в статье, заменяют собой графики время-токовых характеристик. Они переводят теорию по расцепителям защитных автоматов из текстовой и графической форм в табличную. Думаю (уверен), что на практике моими таблицами для выбора автоматов и расчета токов в цепи будет пользоваться гораздо удобнее, чем графиками, на которых приведены данные безотносительно к конкретным номиналам.

Какие данные можно найти в таблицах?

Ниже я приведу список всех данных, которые есть в таблице. По каждому параметру я приведу его название, обозначение и краткое пояснение, что это такое. Если нужно официальное определение, оно есть в ГОСТ Р 50345-2010, который можно скачать в конце статьи.

Есть промышленные АВ с большой отключающей способностью в литом корпусе, которые выпускаются по ГОСТ Р 50030.2-99. Тут я их не рассматриваю. Немного пробежался по ним (окунулся в тему) в статье по первой ссылке.

Исходные данные:

1. номинальный ток In – это максимальный ток, который данный автоматический выключатель может проводить неограниченное время при контрольной температуре +30°С. ГОСТ Р 50345-2010 (п. 5.2.2)
2. тип тока мгновенного расцепления В, С, D – определяет диапазон токов срабатывания токов мгновенного (электромагнитного) расцепителя. ГОСТ Р 50345-2010 (п. 5.3.5)

Расчетные данные:

1. Условный ток нерасцепления (неотключающий ток) Int – испытательный ток, равный 1,13 In. При действии тока 1,13 In в течение условного времени из холодного состояния АВ не должен отключиться. Условное время – не более 1 часа для In не более 63 А, и не более 2 часов для In более 63 А. ГОСТ Р 50345-2010 (п. 8.6.1). Кстати, этот ГОСТ распространяется на АВ с In не более 125 А.
2. Условный ток расцепления It – испытательный ток, равный 1,45 In. При действии тока 1,45 In АВ сразу после испытания током 1,13 In должен выключиться в течение условного времени (менее 1 часа для In не более 63 A и менее 2 часов для In более 63 А). ГОСТ Р 50345-2010 (п. 8.6.1).
3. Проверочный ток – испытательной ток, равный 2,55 In. При действии тока 2,55 In из холодного состояния АВ должен отключиться за время от 1 до 60 с (In не более 32 А) или за время от 1 до 120 с (In более 32 А). ГОСТ Р 50345-2010 (п.8.6.1, п.9.10.1.2)
4. Нижний предел диапазона токов срабатывания электромагнитного расцепителя (В – 3 In, C – 5 In, D – 10 In). Время расцепления – не более 0,1 с. ГОСТ Р 50345-2010 (п.8.6.1). При этом токе ЭМ, вплоть до верхнего предела, расцепитель может сработать, но не обязан. Его “страхует” тепловой, по любому выключая автомат.
5. Верхний предел диапазона токов срабатывания электромагнитного расцепителя (В – 5 In, C – 10 In, D – 20 In). Время расцепления – менее 0,1 с. ГОСТ Р 50345-2010 (п.8.6.1). Начиная с этих токов, ЭМ расцепитель должен выключать автомат.
6. Мощность, которую сможет пропустить через себя однополюсный АВ при номинальном рабочем напряжении Ue = 230 В и номинальном токе In. Расчет по формуле: P = Ue In.
7. Мощность, которую сможет пропустить через себя трехполюсный АВ при номинальном рабочем линейном напряжении Ue = 400 В и номинальном токе In (трехфазная сеть, нагрузка на номинале в звезде). Расчет по формуле: P = √3 Ue In.
8. Мощность, которую сможет пропустить через себя трехполюсный АВ при номинальном рабочем линейном напряжении Ue = 400 В и номинальном токе In (трехфазная сеть, нагрузка на номинале в треугольнике). Расчет по формуле: P = 3 Ue In.
9. Минимальное сечение медной токопроводящей жилы, которую может защитить однополюсный АВ, чтобы не допустить перегрева жилы выше +65°С. Для двухжильного кабеля, проложенного в воздухе (согласно ПУЭ, табл. 1.3.4, 1.3.6). Самый тяжелый случай. В конце статьи – интересное видео, там про нагрев кабеля и выбор автомата отлично сказано!

Таблицы токов автоматических выключателей на время-токовых характеристиках

Таблицы ниже – пояснения выше.

По просьбе читателей, уточняю, что все данные – при контрольной температуре +30°С.

Токи расцепления защитного автомата с характеристикой В. Контрольные точки на время-токовой характеристике для теплового и электромагнитного расцепителя.

Токи расцепления защитного автомата с характеристикой С. Контрольные точки на время-токовой характеристике для теплового и электромагнитного расцепителя.

Токи расцепления защитного автомата с характеристикой D. Контрольные точки на время-токовой характеристике для теплового и электромагнитного расцепителя.

Подробные таблицы, с мощностью нагрузки и допустимым сечением провода

То же самое, добавлены ещё колонки, пояснения выше.

Табличные данные для защитных автоматов с характеристикой В, включая нагрузку

Табличные данные для защитных автоматов с характеристикой С, включая нагрузку

Табличные данные для защитных автоматов с характеристикой D, включая нагрузку

Как обычно, все картинки у меня можно приблизить и скачать.

Читатель заметил небольшую неточность в таблице: Проверочный ток должен быть равен 2,55, а не 2,25 номинала. Ошибка не только в шапках, но и в соответствующих колонках таблиц.

Скачать

Также можно скачать ГОСТ (первоисточник), в котором есть все, как модно сейчас говорить, пруфы:

• ГОСТ Р 50345-2010 / ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003) Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Автоматические выключатели для переменного тока. Настоящий стандарт распространяется на воздушные автоматические выключатели (далее — выключатели) для переменного тока для работы при частоте 50 или 60 Гц на номинальное напряжение (между фазами) не более 440 В, номинальный ток не более 125 А и номинальную отключающую способность не более 25000 А., pdf, 1.89 MB, скачан: 833 раз./

• Харечко В.Н., Харечко Ю.В. Автоматические выключатели модульного исполнения / Харечко В.Н., Харечко Ю.В. Автоматические выключатели модульного исполнения: Справочное пособие. В справочном пособии изложены требования ГОСТ Р 50345-99 (МЭК 60898-95) к автоматическим выключателям бытового назначения, предназначенным для защиты от сверхтока, рассмотрена конструкция автоматических выключателей, даны характеристики и приведена их классификация. Разбираются ошибки, которые частично исправлены в новой версии ГОСТ Р 50345-2010, pdf, 7.17 MB, скачан: 779 раз./

Обновление по ГОСТ на автоматические выключатели от 1 марта 2021 г.

ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003) теперь не действует, вместо него – вступил в действие ГОСТ IEC 60898-1-2020 с тем же названием. Кроме того, есть ГОСТ IEC 60898-2-2011, в котором более точно приведены контрольные точки ВТХ в таблице 7 и п.9.

Ну а если кто-то сомневается и хочет проверить правильность моих расчетов, выкладываю файл Excel, в котором сделаны таблицы:

• Файл для расчета / Файл для расчета токов характерных точек на ВТХ АВ, xlsx, 21.99 kB, скачан: 575 раз./

Видео

Пока готовил статью, нашёл хорошее видео по поводу выбора автоматов для защиты кабеля. Убедительно доказывается, что на 2,5 мм2 нужно ставить АВ 16А, и что автомат нужен для защиты кабеля, а розетки и нагрузка – “по остаточному принципу”.

Время-токовая характеристика автоматического выключателя

Когда все приборы и сама электрическая сеть функционируют в нормальном режиме, в них наблюдается обычное течение тока. Данное явление в полной мере касается и автоматического выключателя. Однако в случае превышения силой тока, по каким-либо причинам, своего номинального значения, срабатывает расцепитель защитного устройства и цепь размыкается. Параметр такого срабатывания известен как время-токовая характеристика автоматического выключателя. Она представляет собой зависимость времени срабатывания автомата и соотношения между реальным током, протекающим через автомат и номинальным током прибора.

Для чего нужна время-токовая характеристика

Сложности практического применения этого параметра в первую очередь связаны с графиками, которые необходимо правильно читать и применять на практике. Отключение автоматов с одинаковым номиналом будет происходить не одинаково в случае различных превышений тока. Поэтому для каждого типа выключателей существует собственная кривая, отображаемая на графике. Это дает возможность использования автоматических выключателей с разными характеристиками для определенного типа нагрузки.

В результате, автоматический выключатель выполняет защитную токовую функцию и одновременно сводит до минимума ложные срабатывания. Именно в этом и заключается основное практическое значение время-токовой характеристики.

В области энергетики нередко возникают ситуации, при которых увеличение тока на короткое время не связано с возникновением аварийного режима работы. В этих случаях защитные устройства не должны реагировать на подобные изменения. Это происходит при включении электродвигателей, когда наблюдается значительный скачок тока, в несколько раз превышающий номинальное значение. Если следовать логическим выводам, должно произойти обязательное отключение автомата. Например, если устройство установлено на 10 А, а пусковой ток составляет 12 А, это приведет к непременному срабатыванию защиты. Чтобы этого не произошло, требуется увеличить порог срабатывания, например, до 16 ампер. Однако в случае короткого замыкания устройство может и не отключиться.

Слишком низкий уровень срабатывания приведет к тому, что автомат будет реагировать даже на незначительные скачки. Решить данную проблему позволяет время-токовая характеристика, определяющая основной режим работы каждого защитного устройства.

Время-токовые характеристики автоматов

Срабатывание автоматических выключателей происходит за счет действия его основных элементов – теплового и электромагнитного расцепителя. Конструкция теплового расцепителя состоит из биметаллической пластины, нагревающейся под действием протекающего тока. В результате, она изгибается и приводит в действие механизм расцепления. Для срабатывания необходима длительная нагрузка, обратно пропорциональная выдержке по времени. Уровень перегрузки напрямую влияет на нагрев пластинки и время срабатывания теплового расцепителя.

Основными составляющими электромагнитного расцепителя служат катушка и сердечник. При достижении током определенного уровня, магнитное поле катушки втягивает сердечник, под действием которого срабатывает расцепляющий механизм. Устройство мгновенно срабатывает при коротких замыканиях, не дожидаясь нагрева теплового расцепителя. Время срабатывания автомата зависит от силы тока, проходящего через автоматический выключатель. Данная зависимость как раз и представляет собой времятоковую характеристику защитного устройства.

На корпусе каждого прибора наносятся латинские символы В, С и D. Каждый из них соответствует кратности уставки электромагнитного расцепителя к номинальному значению автомата. То есть, с помощью этих букв отображается ток мгновенного срабатывания расцепителя или чувствительность автоматического выключателя. Данный параметр обозначает минимальный ток, при котором происходит мгновенное отключение защитного устройства. Таким образом, латинскими буквами обозначается времятоковая характеристика каждого конкретного автомата. Символ «В» соответствует характеристикам 3-5 х ln, «С» – 5-10 х ln и «D» – 10-20 х ln.

Значение этих цифр необходимо рассмотреть на примере двух автоматов, равных по мощности, то есть, с одинаковым номинальным током, например, модели В16 и С16. Для выключателя В16 диапазон срабатывания электромагнитного расцепителя составит 16 х (3-5) = 48-80 А. Соответственно, у автомата С16 этот диапазон будет находиться в пределах 16 х (5-10) = 80-160 ампер. Таким образом, при наличии тока в 100 А, произойдет мгновенное отключение модели В16, а устройство С16 отключится лишь через несколько секунд после нагрева биметаллической пластины.

Для жилых и административных зданий наиболее подходящими вариантами считаются автоматы с маркировкой В и С. Это связано с отсутствием больших пусковых токов и крайне редким включением электродвигателей повышенной мощности. Автоматы категории D используются в основном на тех объектах, где имеются мощные электродвигатели и другие устройства с большими пусковыми токами.

График время токовой характеристики обязательно учитывает температуру самого защитного устройства. В случае первого срабатывания времени на отключение затрачивается больше, поскольку биметаллическая пластинка холодная. При повторном срабатывании, когда пластинка уже была ранее разогрета, отключение происходит быстрее.

График время-токовой характеристики

Данный график показывает время токовые характеристики для различных типов автоматических выключателей – В, С и D. Основным параметром является значение тока, протекающего через устройство защиты, и оказывающего непосредственное влияние на время отключения. Отношение тока, протекающего в цепи, и номинального тока автомата отображается в виде l/ln на оси Х. Время срабатывания устройства, измеряемое в секундах, фиксируется на оси У

Поскольку каждый автомат состоит из электромагнитного и теплового расцепителя, то и представленный график условно делится на два участка. На крутом участке отражается работа теплового расцепителя, защищающего от перегрузок, а в более пологой части отображено действие электромагнитного расцепителя, выполняющего отключение при коротких замыканиях.

На графике наглядно видно, что при различных нагрузках, изменяется и время отключения устройства. Время отключения при одинаковой нагрузке у холодного и горячего автомата будет разным. Таким образом, график времятоковой характеристики позволяет заранее выполнить все необходимые расчеты и выбрать наиболее подходящее защитное устройство для конкретных условий эксплуатации.

Выбор автомата для дома

Для большинства квартир рекомендуются автоматические выключатели категории В, обладающие повышенной чувствительностью. Его срабатывание при перегрузках происходит так же, как и у автомата типа С. Однако в случае короткого замыкания их действия могут отличаться.

Идеальными условиями считается наличие нового дома, хорошего состояния сети, расположение подстанции возле объекта. Большое значение имеет качество всех соединений. В такой ситуации при коротком замыкании может сработать даже вводный автомат.

Совершенно иные условия в старых домах. Как правило в них очень старая электропроводка, обладающая высоким сопротивлением. Тока может оказаться недостаточно, и при коротком замыкании автомат не сработает. На таких объектах времятоковая характеристика автоматического выключателя должна обязательно соответствовать категории В. Это условие касается не только квартир, но также дач и старых сельских домов.