Характеристики автоматического выключателя ВА99 на 630А холдинга ЭКФ

Характеристики автоматического выключателя

Какими параметрами характеризуется автоматический выключатель?
Подробное описание технических, эксплуатационных и физических параметров с сопутствующими изображениями; разбор характеристик В, С и D для модульных автоматов


Краткое содержание текущей статьи:

Расшифровка аббревиатур.
Номинальный ток.
Ток мгновенного расцепления (характеристика электромагнитного расцепителя).
Времятоковая характеристика (зоны работы теплового и электромагнитного расцепителя)
Предельная и рабочая коммутационные способности (ПКС и РКС соответственно, «живучесть» автомата)
Способность к токоограничению (быстродействие)
Коммутационная износостойкость (ресурс изделия).
Категория применения (селективные и неселективные автоматы)
Количество полюсов.
Габаритные размеры.
 
Характеристики главной цепи.
Эксплуатационные характеристики.
 
 

Технические и эксплуатационные характеристики автоматических выключателей

К техническим данным автоматического выключателя относят:

  • номинальный ток;
  • ток мгновенного расцепления;
  • времятоковую характеристику;
  • предельную коммутационную способность (ПКС или живучесть);
  • рабочую коммутационную способность (РКС);
  • способность к токоограничению;
  • коммутационную износостойкость (ресурс изделия);
  • категорию применения (селективность);
  • количество полюсов;
  • габаритные размеры.

Среди параметров главной цепи перечисляют:

  • род тока;
  • напряжение сети;
  • частота переменного тока.

К эксплуатационным характеристикам выключателя относят:

  • климатическое исполнение;
  • категорию размещения;
  • степень защиты, создаваемую корпусом;
  • способы присоединения проводников;
  • вариации крепления автомата.
Парочка фотографий лицевой панели силового автоматического выключателя с пояснением «что есть что»:
 
Фотография лицевой панели автоматического выключателя выпуска General Electric
 
Фотография лицевой панели автоматического выключателя выпуска КЭАЗ с разбором характеристик и обозначений
 .
 

Расшифровка некоторых аббревиатур:

КЗ – короткое замыкание (сверхток);
ПКСпредельная коммутационная способность или предельная отключающая способность или предельная наибольшая отключающая способность (значение тока короткого замыкания при котором выключатель разомкнёт цепь, однако после этого его работоспособность не гарантирована; при больших токах существует угроза сваривания главных контактов, что ведёт к печальным последствиям);
In – номинальный ток автоматического выключателя.
 

Номинальный ток

Под номинальным током (обозначают In) автоматического выключателя понимается ток, при котором аппарат рассчитан на продолжительную эксплуатацию и не активирует защитного срабатывания. Если указанный в маркировке ток превышен, автомат по прошествии определённого времени прерывает снабжение сети.
 
Небольшая оговорка:
  • номинальный ток автоматического выключателя – ток, на проведение которого просчитаны токопроводящие элементы;
  • номинальный ток теплового расцепителя – ток, на который настраиваются расцепляющие устройства (при нём срабатывания не вызывается).
В дальнейшем, под номинальным током будем подразумевать номинальный ток теплового расцепителя.
Номинальный ток является одной из определяющих характеристик автоматического выключателя, так как относительного этого значения просчитываются сверхтоки, при которых расцепителями вызывается размыкание контактов. Для верного выбора автоматического выключателя нужно знать номинальный ток сети.
 
Номинальный ток сети высчитывается из потребляемой мощности. Заведомо известно, какой прибор сколько потребляет мощности. Получают суммарную мощность и в первом приближении используют соотношение:
P = U · I, где Р – потребляемая мощность в ваттах, U – напряжение в сети в вольтах, I – ток в сети в амперах.
 
Но это формула верна для сети постоянного тока, для сети переменного тока всё намного сложнее.
Полная мощность (S) является векторной суммой активной мощности (Р) и реактивной мощности (Q):
S2 = P2 + Q2.
В свою очередь:
  • активная мощность P = I · U · Cosϕ;
  • реактивная мощность Q = I · U · Sinϕ.
Где ϕ - угол, с которым ток отстаёт или опережает напряжение. Для измерения коэффициента реактивной мощности (Cosϕ) применяют фазометры.
 

Ток мгновенного расцепления (защитная характеристика В, С или D)

Автоматический выключатель характеризуется током, при котором вызывается мгновенное расцепление главной контактной группы. Это происходит при коротком замыкании, которое фиксирует и отключает электромагнитный расцепитель.
 
Для модульных и силовых автоматических выключателей характеристика мгновенной защиты указывается по-разному:
  • модульным автоматам присваивается защитная характеристика: A, B, C, D, Z и K;
  • для силовых выключателей задаётся значение тока в амперах или число кратное номинальному току.
 

Разбор защитных характеристик A, B, C, D, Z и K модульных автоматических выключателей

Защитные характеристики модульного автоматического выключателя: А, В, С, D, Z, KНа изображении приведен условный рост тока КЗ и обозначено в каком диапазоне сработает модульный автомат с указанной защитной характеристикой (перечислены ниже). На горизонтальной оси отложены целые числа, которые отражают кратность номинальному току (In). Автоматический выключатель посредством электромагнитного расцепителя производит размыкание главных контактов.
 
Для модульных автоматических выключателей согласно ГОСТ Р 50345-99 устанавливается определённая защитная характеристика:
  • A – расцепляющее устройство активируется при токе 2-3 от In;
  • B – расцепляющее устройство активируется при токе 3-5 от In;
  • C – расцепляющее устройство активируется при токе 5-10 от In;
  • D – расцепляющее устройство активируется при токе 10-20 от In;
  • Z – расцепляющее устройство активируется при токе 2-4 от In;
  • K – расцепляющее устройство активируется при токе 8-14 от In.
где In – номинальный ток автомата.
Например, при значении In = 10А и защитной характеристике C расцепление произойдёт при достижении током короткого замыкания диапазона 5-10·In или 50-100 ампер, а при защитной характеристике K отключение вызовется в диапазоне 8-14·In или 80-140 ампер.

Преимущественное применение модульной автоматики:
  • A – для сетей с большими суммарными длинами проводников;
  • B – для сетей с малыми токами КЗ (электрические нагреватели, плиты);
  • C – для сетей с большими токами (наиболее применяемое исполнение);
  • D – для сетей с высокими токами пуска (сварочные аппараты, электродвигатели, трансформаторы);
  • Z – для сетей с электронными устройствами или цепей сигнализации;
  • K – специфическое применение для сетей с высокими токами пуска.
Пусковые токи появляются кратковременно от доли секунды до 10 секунд, в зависимости от подключенного устройства.
Например:
  • лампа накаливания ЛОН кратковременно при включении потребляет 2-4 номинальных мощности;
  • электрический двигатель в момент разгона может потреблять 8-14 рабочих мощностей.
 

Мгновенная защита для силовых автоматических выключателей

Мгновенная защита для силовых автоматов (уставка) задаётся числом в амперах или в виде Х·In (Х – целое число), при котором сработает расцепляющее устройство в зоне КЗ.
Производитель может предлагать различные уставки в своём каталоге, но на практике завозятся выключатели настроенные на одно значение, а остальные под заказ (до 60 дней в зависимости от завода).
 

Времятоковая характеристика выключателя автоматического

Времятоковая характеристика автоматического выключателя Дженерал ЭлектрикГрафическая зависимость, которая отображает взаимосвязь нарастания тока и время через которое произойдёт отключение напряжения. Рост тока представляется зависимым от номинального тока (In), то есть изображается шкала со значениями кратными In.
 
На изображении слева представлена времятоковая характеристика для автоматического выключателя Record Plus выпуска корпорации General Electric.
Вертикальная ось (ординат) диаграммы присвоена времени срабатывания в секундах, а горизонтальная ось (абсцисс) отражает рост тока.
Двумя красными линиями отделена область, в которой происходит автоматическое срабатывание под действием расцепляющего устройства. В идеале должна быть одна линия, по которой можно отследить время расцепления главных контактов, но реальность накладывает свой отпечаток, создать точный расцепитель невозможно (этого в принципе и не нужно).
 
Область находящаяся слева от крайней красной линии - область, где автоматический выключатель ещё не сработал. А область справа от второй красной линии - область, где уже произошло автоматическое отключение.
 
На диаграмме дорисована толстая зелёная линия, условно разделяющая зоны срабатывания теплового (верхняя часть) и электромагнитного (нижняя часть) расцепителей. Комбинацию этих расцепителей называют термомагнитным расцепляющим устройством.
Две серые линии обозначают зону срабатывания при настройке теплового расцепителя на значение 0,8 In.
 

Предельная коммутационная способность или «живучесть», а также рабочая коммутационная способность

Под предельной отключающей (или коммутационной) способностью (ПКС, обозначают Icu) понимается способность автоматического выключателя снять напряжение в зоне КЗ. После срабатывания с такой нагрузкой не предполагается дальнейшее проведение номинального тока этим устройством (прямой путь на утилизацию). Её величина зависит от напряжения в сети, чем выше напряжение, тем меньше ПКС (обратная зависимость, указывается при нескольких напряжениях).
 
Под рабочей отключающей (или коммутационной) способностью (обозначают Ics) понимается способность развести контактную пару и далее (после осмотра и подтверждения целостности) продолжительно пропускать номинальный ток (автомат остаётся работоспособным).
При превышении ПКС выключатель не способен отключить ток и попросту сгорает. Запасённой силы в механике автомата не хватает для совершения разрыва контактов, после чего контактная пара сваривается. КЗ возрастает до своего пикового значения, порождаются электродинамические силы разрушающие токопроводящие элементы. Последствия страшные, в интернете достаточно фотографий с отображением следствий КЗ.
 

Способность к токоограничению

Автоматические выключатели подразделяются на:
  • токоограничивающие или быстродействующие;
  • нетокоограничивающие.
Нетокограничивающих автоматических выключателей большинство (они дешевле).
Кривые показывающие рост тока при коротком замыкании, и его отключение токоограничивающим автоматическим выключателемТокоограничивающие выключатели – автоматы, которые размыкают главные контакты в зоне короткого замыкания с такой скоростью и силой, что сверхток не успевает достичь своих максимальных значений (прерывается в «зародыше»). Для такой аппаратуры требуется быстродействующая механика, которая помимо высокой скорости расхождения контактов обеспечит достаточную силу их разрыва.
 
Токоограничение сокращает значения:
  • действующих электродинамических сил (пропорциональны квадрату силы тока), которые могут вызвать повреждения проводников, коммутационной аппаратуры и защищаемого оборудования;
  • электромагнитных полей;
  • тепловых напряжений, из-за которых изоляционные покровы быстро теряют свой ресурс (тепловое старение изоляции).
Подробнее о токоограничении описано в каталоге к автоматическому выключателю Record Plus, изготовления корпорации General Electric.
Сравнить цены можно в этой рубрике: зелёная цена на выключатели без токоограничения, красная цена на токоограничивающие автоматы.
 

Коммутационная износостойкость

Коммутационная (или электрическая) износостойкость выражается в количестве циклов включения / отключения под нагрузкой (разведение контактов с возгоранием электрической дуги с её последующим гашением). При горении электрической дуги материал (композитная серебросодержащая напайка) на контактах испаряется, что приводит к постепенному износу. Является синонимом ресурса или срока службы изделия.
 
В каталогах также указывается механическая износостойкость – включение / отключение без нагрузки (практического значения не имеет).
 

Категория применения

В ГОСТ Р 50030 часть 2 употребляется две категории применения А и В.
Категория А – выключатели не обеспечивающие селективность; категория В – автоматы специально созданные для обеспечения селективности при КЗ.
Селективность (избирательность) – способность автоматического выключателя (ближайшего к конечным цепям) произвести расцепление контактов без реагирования выключателя, находящегося со стороны источника электроэнергии. Автомат со стороны источника энергии обладает селективностью (выдерживает заданное время в зоне сверхтока).
 
То есть при рождении сверхтока отключается не полностью весь объект, а только та его часть, в которой произошло КЗ. Селективный выключать должен обладать большей ПКС и большей рабочей отключающей способностью.
 
В стандарте вводится понятие частичной селективности – избирательность при сверхтоках гарантируется только до определённого уровня КЗ. После превышения этого порога вводной аппарат не обеспечивает выдержку времени, а мгновенно срабатывает.
 

Количество полюсов

Полюсность является явной характеристикой выключателя, то есть визуально отслеживается. Автоматы выпускаются на один (1P), два (2P), три (3P) и четыре (4P) полюса.
Большинство силовых автоматических выключателей выпускаются трёхполюсными (рассчитаны на трёхфазное напряжение). Отдельные производители выпускают двухполюсные автоматы (специально под постоянное напряжение) – они изготавливаются в трёхполюсном габарите, но токоведущие элементы находятся только в двух полюсах. Такие исполнения (2P) зачастую заказные (мы поставим в течении 5 рабочих дней).
Модульные автоматические выключатели поддерживаем на складе с любым количеством полюсов.
 

Габаритные размеры

Линейные размеры автоматического выключателя можно узнать предварительно, чтобы при монтаже коммутационный аппарат вошёл в выделенное ему пространство. Производители ведут постоянную борьбу за снижение габаритных характеристик, но взаимное влияние токоведущих частей (электромагнитное и тепловое) не позволяет сближать элементы.
 

Данные главной сети

Главная цепь описывается следующими параметрами:

  • род тока (переменный или постоянный);
  • напряжение (измеряется в V, обозначают Ue);
  • частота (измеряется в Hz, для переменного тока).
Автоматы разрабатываются на задействование в сетях до определённого напряжения и рода тока. Соответствие характеристик цепи и защитного устройства должно удовлетворяться при выборе последнего.
 
Разные исполнения отдельных марок могут функционировать в сетях переменного и постоянного тока (например, ВА 04-36 или ВА 51-35). Для переменного тока исполнение трёхполюсное, под сети постоянного тока габарит тот же, но токоведущие элементы имеются в двух полюсах (в среднем полюсе они отсутствуют).
 

Эксплуатационные характеристики автоматического выключателя

Наиболее распространённые исполнения для автоматических выключателей УХЛ3 и У3, подробно о них описано в ГОСТ 15150-69.
Степень защиты выбирается производителем такая IP 20, подробнее об этом в ГОСТ 14254-96.
 

Вариации подсоединения проводников:

  • проводники с очищенной от изоляции жилой;
  • кабели или провода оконцованые кабельным наконечником;
  • подсоединяют электротехнические медные шины со штыревым или вилочным присоединением.
Различают переднее и заднее присоединение. Удобным для эксплуатации является переднее присоединение (не нужно освобождать доступ для ремонтных или периодических работ).
 
Монтаж выключателя может осуществляться при помощи винтов или на DIN-рейку (последнее характерно для модульных выключателей).