Теперь сценарий для счастливчика в вашей жизни. Кабель сечением 1,5 мм2 входит в частный дом. Блок предохранителей с автоматическим выключателем находится в холодной прихожей, когда на улице -35 градусов мороза. Кабель от блока предохранителей проходит через стену под слоем теплоизоляции. Ток (16*1,45*1,25(температурная поправка, рисунок 4) = 29А будет протекать через 16А выключатель почти час (!). При 19А по таблице из ПУЭ наши жилы будут горячими – +65С, а под слоем изоляции изоляция уже начнет плавиться.
Конструкция и принцип действия автоматического выключателя остаточного тока
Все автоматические выключатели остаточного тока, независимо от их мощности и типа, состоят из группы контактов и двух видов защиты, которые отключают электропитание в аварийных ситуациях.
Основным элементом этой защиты является биметаллическая пластинаБиметаллическая пластина отключает автоматический выключатель в случае перегрузки. Он находится в контактной цепи, и электрический ток, проходящий через устройство, нагревает пластину и изгибает ее в сторону контактного спускового механизма.
Если ток превышает предел тока устройства защиты, величина изгиба увеличивается, и пластина прижимается к пусковой планке, размыкая цепь.
Время, необходимое тепловой защите для нагрева и срабатывания цепи, обратно пропорционально величине протекающего тока, поэтому данный элемент действует с задержкой и предназначен для защиты линии от перегрузки.
Электромагнитный расцепитель.
Этот элемент конструктивно не отличается от электромагниткоторый мгновенно отключает электрический ток при обнаружении высокого тока, вызванного коротким замыканием. Время срабатывания электромагнитного расцепителя составляет максимум 4 мс, настройка данного элемента в зависимости от модели устройства составляет 3-20In защиты.
Рабочая часть пускового устройства состоит из железного сердечника, вокруг которого намотана проволока, образующая электромагнит. Сетевой ток проходит через этот электромагнит, поэтому он защищает проводку от короткого замыкания. Сильный всплеск тока заставляет катушку притягивать сердечник, который при перемещении поворачивает механизм расцепления автоматического выключателя и размыкает контакты выключателя.
Принцип работы автоматического выключателя
Автоматический выключатель содержит два типа защитных устройств, которые срабатывают при определенных обстоятельствах.
Модуль тепловой перегрузки отвечает за отключение автоматического выключателя в случае перегрузки. Основным элементом этого устройства является биметаллическая пластинаизготовленная из двух слоев металла с различными коэффициентами теплового расширения. Когда через автомат протекает электрический ток, пластина нагревается и изгибается тем сильнее, чем больше сила тока в линии.
В случае перегрузки варочная панель перегревается и отключает автоматический выключатель. Это происходит тем быстрее, чем выше сила тока:
- до 1,13In – отключение не происходит;
- 1,45In – защита сработает через один час;
- 2,55In – автоматический выключатель сработает через 1 минуту при первом срабатывании и через 1 секунду при повторном срабатывании.
Короткое замыкание
В этом случае отключение выключателя происходит по следующим причинам электромагнитное отключение. Основной частью этого устройства является электромагнит, сердечник которого удерживается пружиной. Если ток превышает допустимое значение, тяговое усилие увеличивается, сердечник втягивается и отключает питание линии.
При выборе автоматического выключателя важно помнить, что в зависимости от типа выключателя величина тока срабатывания, превышающего номинальный ток устройства, различается. Этот параметр обозначается заглавными буквами английского алфавита, напечатанными на корпусе перед номинальным током устройства.
Ток короткого замыкания
Иногда можно услышать выражение "сопротивление фаза-ноль", и это, по сути, одно и то же. Ток короткого замыкания – это величина тока в цепи, когда происходит повреждение (прямое соединение фазного и нулевого проводника или соединение фазного и земляного проводника) на самом удаленном участке. В идеальном мире с идеальными проводниками ток короткого замыкания был бы бесконечным. Однако в реальном мире кабели имеют собственное сопротивление, и чем они длиннее и тоньше, тем выше их собственное сопротивление. При нормальной работе это не так важно – их собственное сопротивление намного меньше, чем сопротивление нагрузки. Однако, если произойдет короткое замыкание, ток будет ограничен собственным сопротивлением всех проводов в цепи + внутренним сопротивлением источника тока.
Давайте рассмотрим это сейчас. В Вилларибо измеренный ток короткого замыкания линии составляет 278 ампер, и электрик установил автоматический выключатель C16:
Как видите, все в порядке – в случае короткого замыкания ток достаточен для срабатывания электромагнитного расцепителя. Но в деревне Вилабахо проводка очень плохая, и ток короткого замыкания составляет всего 124 ампера. Взгляните на схему:
В худшем случае электромагнитный расцепитель типа "С" сработает при токе, в 10 раз превышающем номинальный (16*10=160А). Таким образом, при токе 124 А возможно, что расцепитель короткого замыкания не сработает, и пока тепловой расцепитель успеет сработать, по линии потечет ток 124 А, что может закончиться плачевно. В этом случае поселку Вилабаджо следует либо изменить проводку для снижения потерь, либо использовать автоматический выключатель типа B16, электромагнитный расцепитель которого сработает при 5*16=80А в худшем случае. Теперь вы понимаете, почему характеристика типа D (10-20*Iном) в некоторых случаях является изощренным способом выстрелить себе в ногу?
Ток короткого замыкания составляет . О, черт.
Если ток короткого замыкания слишком велик? Здесь мы сталкиваемся с отключающей способностью автоматического выключателя. Когда контакты автоматического выключателя размыкаются, зажигается электрическая дуга, которая сама проводит ток и неохотно гаснет. Для гашения дуги автоматические выключатели оснащены дугогасительными камерами. На высокоскоростном снимке показано, как работает дугогасительная камера:
Отключающая способность в амперах обозначена на автоматическом выключателе в прямоугольной рамке – это максимальный ток, который выключатель способен прервать без повреждения. Автоматические выключатели, изображенные здесь, имеют отключающую способность 3000, 4500, 6000 и 10000 ампер:
Я разобрал их для наглядности. Высокая отключающая способность требует не только увеличения дугогасительных камер, но и усиления других элементов конструкции, например, защиты от бокового прогорания.
Отключающая способность выключателя должна быть больше, чем ток короткого замыкания в линии. В целом, 6000А достаточно для большинства применений. 4500A обычно достаточно в старых бытовых линиях, но может быть недостаточно в более новых сетях.
Выбор номинала автоматического выключателя в зависимости от тока и нагрузки
Чтобы выбрать подходящий автоматический выключатель, удобно рассчитать ток на киловатт мощности нагрузки и составить соответствующую таблицу. Используя формулу (2) и коэффициент мощности 0,95 для 220 В, получаем:
1000 Вт / (220 В x 0,95) = 4,78 А.
Поскольку часто бывает так, что напряжение в нашей сети ниже предела 220 В, более чем справедливо принять значение 5 А на 1 кВт. Тогда таблица зависимости тока нагрузки в таблице 1 будет выглядеть следующим образом:
| Мощность, кВт | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
| Ток, А | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
Эта таблица является приблизительной оценкой переменного тока, протекающего через однофазную систему при включении бытового прибора. Обратите внимание, что это пиковая, а не средняя потребляемая мощность. Эту информацию можно найти в документации, прилагаемой к электроприбору. На практике удобнее пользоваться таблицей предельной нагрузки, в которой учитывается наличие автоматических выключателей с определенным номиналом силы тока (Таблица 2):
| Принципиальная схема | Номинальный ток для автоматических выключателей | |||||||
| 10 А | 16 А | 20 А | 25 А | 32 А | 40 А | 50 А | 63 А | |
| Однофазный, 220 В | 2,2 кВт | 3,5 кВт | 4,4 кВт | 5,5 кВт | 7,0 кВт | 8,8 кВт | 11 кВт | 14 кВт |
| Трехфазный, 380 В | 6,6 кВт | 10,6 | 13,2 | 16,5 | 21,0 | 26,4 | 33,1 | 41,6 |
Выбор номинала выключателя в зависимости от сечения проводника
После определения номинала автоматического выключателя на основе "подвешенной" нагрузки важно убедиться, что проводка может выдержать нужный ток. Следующая таблица была разработана для медных проводников и однофазных цепей (Таблица 3):
Как видите, все три параметра (мощность, номинальный ток и сечение проводника) взаимосвязаны, поэтому в принципе номинал автоматического выключателя может быть выбран на основе любого из них. В то же время важно убедиться, что все параметры соответствуют друг другу, и при необходимости внести коррективы.
Во всех случаях следует помнить о следующих моментах:
- Установка автоматического выключателя остаточного тока со слишком высоким номиналом может привести к выходу из строя электрооборудования, которое не защищено собственным предохранителем до его срабатывания.
- Автоматический выключатель остаточного тока с низким номинальным током может вызвать напряжение в доме или отдельных комнатах, включив чайник, утюг или пылесос.