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

Вы наверное замечали, что на корпусах модульных автоматов изображены латинские буквы: B, C или D. Так вот они обозначают время-токовую характеристику этого автомата, или другими словами, ток мгновенного расцепления.

Согласно ГОСТ это наименьшая величина тока, при котором автоматический выключатель сработает (отключится) без выдержки времени, т.е. это его электромагнитная защита. В этом же ГОСТ говорится, что всего существует три стандартные характеристики (типы мгновенного расцепления):

B — электромагнитный расцепитель (ЭР) срабатывает в пределах от 3 до 5-кратного тока от номинального (3·In до 5·In)

C — электромагнитный расцепитель (ЭР) срабатывает в пределах от 5 до 10-кратного тока от номинального (5·In до 10·In)

D — электромагнитный расцепитель (ЭР) срабатывает в пределах от 10 до 20-кратного тока от номинального (10·In до 20·In, но встречаются иногда и 10·In до 50·In)

In – номинальный ток автоматического выключателя, тот что указан на корпусе.

Рассмотрим каждый вид характеристики более подробно на примере модульных автоматических выключателей серии ВА47-29 от производителя ИЕК.

 

Время-токовая характеристика типа В

Рассмотрим время-токовую характеристику В на примере автоматических выключателей ВА47-29.

Вот график время-токовой характеристики (сокращенно, ВТХ) типа В:

На нем показана зависимость времени отключения автоматического выключателя от протекающего через него тока. Ось Х — это кратность тока в цепи к номинальному току автомата (I/In). Ось У — время срабатывания, в секундах. Время-токовые характеристики практически всех автоматов  изображаются при температуре +30°С.

График разделен двумя линиями, которые и определяют разброс времени срабатывания зон теплового и электромагнитного расцепителей автомата. Верхняя линия — это холодное состояние, т.е. без предварительного пропускания тока через автомат, а нижняя линия — это горячее состояние автомата, который только что был в работе или сразу же после его срабатывания. Пунктирная линия на графике — это верхняя граница (предел) для автоматов с номинальным током менее 32 А.

  1. Токи условного нерасцепления (1,13·In)

У каждого автомата есть такое понятие, как «условный ток нерасцепления» и он всегда равен 1,13·In. При таком токе автомат не отключится в течение 1 часа (для автоматов с номинальным током менее 63А) и в течение 2 часов (для автоматов с номинальным током более 63А). Точку условного нерасцепления автомата (1,13·In) всегда отображают на графике. Если провести прямую, то видно, что прямая уходит как бы в бесконечность и с нижней линией графика пересекается в точке 60-120 минут. Например, автомат с номинальным током 10 А. При протекании через него тока 1,13·In = 11,3 А его тепловой расцепитель не сработает в течение 1 часа. Еще пример, автомат с номинальным током 16 А. При протекании через него тока 1,13·In = 18,08 А его тепловой расцепитель не сработает в течение 1 часа.

Вот значения «токов условного нерасцепления» для различных номиналов:

  • 10 А — 11,3 А
  • 16 А — 18,08 А
  • 20 А — 22,6 А
  • 25 А — 28,25 А
  • 32 А — 36,16 А
  • 40 А — 45,2 А
  • 50 А — 56,5 А
  • 63 А – 71,2 А
  1. Токи условного расцепления (1,45·In)

Есть еще понятие, как «условный ток расцепления» автомата и он всегда равен 1,45·In. При таком токе автомат отключится за время не более 1 часа (для автоматов с номинальным током менее 63А) и за время не более 2 часов (для автоматов с номинальным током более 63А). Кстати, точку условного расцепления автомата (1,45·In) практически всегда отображают на графике. Если провести прямую, то видно, что прямая пересекает график в двух точках: нижнюю линию в точке 40 секунд, а верхнюю — в точке 60-120 минут (в зависимости от номинала автомата).

Таким образом, автомат с номинальным током 10 А в течение часа, не отключаясь, может держать нагрузку порядка 14,5 А, а автомат с номинальным током 16 А — порядка 23,2 А. Но это при условии, что автоматы изначально были в холодном состоянии, в ином случае время их отключения будет находиться в пределах от 40 секунд до одного часа.

Вот значения «токов условного расцепления» для различных номиналов:

  • 10 А — 14,5 А
  • 16 А — 23,2 А
  • 20 А — 29 А
  • 25 А — 36,25 А
  • 32 А — 46,4 А
  • 40 А — 58А
  • 50 А — 72,5 А
  • 63 А — 91,4 А

Вот об этом не стоит забывать при выборе сечения проводов и кабелей для электропроводки. Представьте себе, что кабель сечением 2,5 кв.мм Вы защищаете автоматом на 25 А. Вдруг по некоторым причинам Вы перегрузили линию до 36 А. Автомат 25 А может не отключаться в течение целого часа, а по кабелю будет идти ток, который в значительной мере превышает его длительно-допустимый ток — 25 А. За это время кабель сильно нагреется и может расплавиться, что может привести к пожару или короткому замыканию. А если еще учесть то, что в последнее время многие производители кабельной продукции преднамеренно занижают сечения жил, то ситуация тем более усугубляется.

Допустимые токи для проводов различного сечения приведены в таблице

Можно рекомендовать защищать кабели следующим образом:

  • 1,5 кв.мм — защищаем автоматом на 10 А
  • 2,5 кв.мм —  защищаем автоматом на 16 А
  • 4 кв.мм —  защищаем автоматом на 20 А и 25 А
  • 6 кв.мм —  защищаем автоматом на 25 А и 32 А
  • 10 кв.мм — защищаем автоматом 40 А
  • 16 кв.мм — защищаем автоматом 50 А

Для удобства все данные сведем в одну таблицу:

  1. Срабатывание теплового расцепителя при токе 2,55·In

Согласно ГОСТ , если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 2,55·In, то он должен отключиться за время не менее 1 секунды из горячего состояния и не более 60 секунд из холодного состояния (для автоматов с номинальным током менее 32А) и не более 120 секунд из холодного состояния (для автоматов с номинальным током более 32А). На графике Вы можете видеть, что нижний предел по отключению взят с небольшим запасом, т.е. не 1 секунду, а 4 секунды. На то есть право у производителей автоматов. Вот поэтому они всегда к каждому автомату прикладывают свою ВТХ, которая, естественно, что удовлетворяет всем требованиям ГОСТ.

  1. Срабатывание электромагнитного расцепителя при токе 3·In

Согласно ГОСТ, если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 3·In, то он должен отключиться за время не менее 0,1 секунды. Верхний предел по времени не определен, и у автоматов разных производителей здесь может наблюдаться небольшой разброс в пределах от 1 до 10 секунд. При токе 3·In электромагнитный расцепитель может еще не сработать и по факту автомат отключается от теплового расцепителя. Вот именно поэтому измеренное значение петли фаза-ноль сравнивают   с током не 3·In, а с 5·In, учитывая коэффициент 1,1. Автомат ВА47-29 с номинальным током 10 А при токе 30 А должен отключиться за время не менее 0,1 секунды.

  1. Срабатывание электромагнитного расцепителя при токе 5·In

Согласно ГОСТ, если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 5·In, то он должен отключиться за время менее 0,1 секунды. Автомат ВА47-29 с номинальным током 10 А при токе 50 А должен отключиться за время менее 0,1 секунды.

Автоматы с характеристикой В применяются для защиты распределительных и групповых цепей с большими длинами кабелей и малыми токами короткого замыкания преимущественно с активной нагрузкой, например, электрические печи, электрические нагреватели, цепи освещения. Но почему-то в магазинах их количество всегда ограничено, т.к. по мнению продавцов наиболее распространенными являются автоматы с характеристикой С. С чего это вдруг?! Вполне логично и целесообразно для групповых линий цепей освещения и розеток применять именно автоматы с характеристикой типа В, а в качестве вводного автомата устанавливать автомат с характеристикой С (это один из вариантов). Так хоть каким-то образом будет соблюдена селективность, и при коротком замыкании где-нибудь в линии вместе с отходящим автоматом не будет отключаться вводной автомат и «гасить» всю квартиру. Но о селективности я еще расскажу Вам более подробно в другой раз.

 

Время-токовая характеристика типа С

1. Токи условного нерасцепления (1,13·In) и Токи условного расцепления (1,45·In)

По графику видно, что в зоне срабатывания теплового расцепителя все аналогично характеристики В, так же видим условный ток нерасцепления равеный 1,13·In и условный ток расцепления равеный 1,45·In. Их значения для различных номиналов автоматов характеристики С совпадает с аналогичными значениями автоматов характеристики В. Отличия начинаются в зоне срабатывания электромагнитного расцепителя 

  1. Срабатывание теплового расцепителя при токе 2,55·In

Согласно ГОСТ , если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 2,55·In, то его тепловой расцепитель должен сработать за время не менее 1 секунды и не более 60 секунд для автоматов с номинальным током ≤ 32 А, или не менее 1 секунды и не более 120 секунд для автоматов с номинальным током > 32 А.

  1. Срабатывание электромагнитного расцепителя при токе 5·In

Согласно ГОСТ, если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 5·In, то он должен отключиться за время не менее 0,1 секунды. Верхний предел по времени не определен, и у автоматов разных производителей здесь может наблюдаться не большой разброс в пределах от 1 до 10 секунд.

  1. Срабатывание электромагнитного расцепителя при токе 10·In

Согласно ГОСТ,если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 10·In, то он должен отключиться за время менее 0,1 секунды.

Автоматы с характеристикой С применяются в основном для защиты трансформаторов и двигателей с малыми пусковыми токами. Также их можно использовать для питания цепей освещения. Это, наверное, одна из самых распространенных и применяемых характеристик в жилом секторе, хотя порой ее применение не всегда оправдано.

 

Время-токовая характеристика типа D

По графику видно, что, как и в случае характеристики С, отличия от характеристики В начинаются в зоне срабатывания электромагнитного расцепителя. Тепловой расцепитель ведет себя одинаково во всех случаях.

  1. Токи условного нерасцепления (1,13·In) и токи условного расцепления (1,45·In) полностью аналогичны таковым для характеристик В и С,
  2. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 2,55·In, то он должен отключиться за время не менее 1 секунды в горячем состоянии и не более 60 секунд в холодном состоянии (для автоматов с номинальным током менее 32А) и не более 120 секунд в холодном состоянии (для автоматов с номинальным током более 32А).
  3. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 10·In, то он должен отключиться за время не менее 0,1 секунды.
  4. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 20·In, то он должен отключиться за время менее 0,1 секунды.

Автоматы с характеристикой D применяются в основном для защиты электрических двигателей с частыми запусками или значительными пусковыми токами (тяжелый пуск).

 

Изменение характеристик расцепления автоматов

Как мы уже говорили в начале, все характеристики автоматов изображаются при температуре окружающего воздуха +30°С. Поэтому, чтобы узнать время отключения автоматов при других температурах, необходимо учитывать следующие поправочные коэффициенты:

  1. Температурный коэффициент окружающего воздуха — Кt.

Думаю тут все понятно из графика. Чем ниже температура воздуха, тем значение коэффициента больше, а значит и увеличивается номинальный ток автомата, другими словами, его нагрузочная способность. Или, наоборот, чем жарче, тем нагрузочная способность автомата становится меньше. Ведь не зря, в жарких помещениях или летнюю жару многие замечают частые отключения автоматов, хотя нагрузка вовсе не изменялась. Ответ кроется в этом графике.

  1. Коэффициент, учитывающий количество рядом установленных автоматов — Кn.

Здесь тоже никаких премудростей нет. Когда в одном ряду установлено несколько автоматов, то они передают свое тепло рядом стоящим автоматам. Этот график учитывает конвекцию тепла и выдает корректирующий коэффициент, учитывающий этот фактор. Логика проста. Чем больше в ряду автоматов, тем больше уменьшается их нагрузочная способность.

Далее необходимо найти ток, приведенный к условиям нашего окружающего воздуха и монтажа:

In* = In · Кt · Кn

Как эти два коэффициента применить на практике?

Для этого рассмотрим пример. Щиток стоит на улице, в нем установлены 4 автомата — один вводной (ВА47-29 С40) и три групповых (ВА47-29 С16). Температура окружающего воздуха составляет -10°С.

Найдем поправочные коэффициенты для группового автомата ВА47-29 С16:

Кt = 1,1

Кn = 0,82

Найдем ток, приведенный к нашим условиям:

In* = In · Кt · Кn = 16 · 1,1  · 0,82 = 14,43 А

Таким образом, при определении времени срабатывания автомата по характеристике С кратность тока нужно брать не как отношение I/In (I/16), а как I/In* (I/14,43).

 

Заключение

Как видите, разницей между время-токовыми характеристиками В, С и D являются только значения срабатывания электромагнитного расцепителя. По тепловой защите они работают в одних интервалах времени. Можно сказать, что характеристики отличаются током срабатывания электромагнитного расцепителя как D > C > B.  Срабатывание за время менее 0,1 сек для характеристики В вызывает ток 5* In, для С – 10* In, для D – 50* In. Таким образом видно, что для бытового применения подходят автоматы с характеристикой В, автоматы с характеристикой С также можно использовать, но, желательно как входные или там, где есть электромоторы с большими пусковыми токами. Характеристика D не пригодна для бытового применения.