Принцип действия автоматического выключателя

Автоматические выключатели (ВА) представляют собой комбинацию теплового и электромагнитного расцепителей, работающих по логической схеме «или». В случае превышения током нагрузки номинального значения один из расцепителей сработает и выключит автомат. Время аномального состояния сети – время срабатывания зависит от того, насколько ток нагрузки превысил уставку, которая в свою очередь зависит от типа автомата.

Функцию мгновенного отключения (отсечки) выполняет электромагнитный расцепитель, он представляет обычную катушку, через которую проходит ток защищаемой сети. При достижении значения уставки сердечник втягивается и размыкает цепь. Защита от длительной перегрузки обеспечивается тепловым реле (биметаллическая пластина-размыкатель). Увеличение тока приводит ее нагреву, пластина сгибается и также разъединяет цепь. Зависимость времени срабатывания от соотношения тока нагрузки и номинального тока называется время-токовой характеристикой выключателя.

Время-токовая характеристика автоматических выключателей

На рисунке показана типичная характеристика время-ток автоматического выключателя, в качестве образца взят автомат ВА47-63 типа С (диапазон токов расцепления от 5 до 10 номинальных значений тока I_n). По оси ординат отмечено время срабатывания, по оси абсцисс отношение тока через автомат I к его номинальному току I_n. Верхняя кривая отражает поведение «холодного» автомата, нижняя – автомат с «горячим» тепловым расцепителем.

Величина I/I_n имеет четыре важных значения: 1,13; 2,55; 5 и 10. Их наименование и определение будет дано в разделе стандарты.

Рис.1 Время-токовая характеристика автоматического выключателя типа С

Из графика видно, что при токах меньших, чем 1,13 номинала автомат не должен срабатывать сколь угодно долгое время, в зоне больших токов вплоть до нижней границы мгновенного расцепления работает тепловой расцепитель. В этом диапазоне есть две контрольных точки, – если ток нагрузки достиг 1,45I_n, то ВА должен отключаться в течение часа* (см. табл.1), при токах от 2,55I_n до 5 номиналов «холодный» автомат разомкнет сеть менее чем за 60 секунд. При достижении током нагрузки значения 5I_n – нижней границы диапазона «С» «горячий» выключатель не должен находиться во включенном состоянии более 0,1 с., после верхней границы диапазона «С» – 10I_n электромагнитный расцепитель должен гарантированно отключать автомат меньше чем за пять сотых секунды.

Участок слева от вертикального переходного участка считается зоной «ответственности» теплового расцепителя, участок справа – зона работы электромагнитного расцепителя.

Стандарты

В соответствие с общепринятой международной терминологией (МЭК МЭС 441-14-20) к автоматическим выключателям относят механические устройства, которые могут включать и проводить ток, отключать его в нормальном режиме, а также отключать ток мгновенно, или в заданное время при отклонении его значения от номинального.

В Российской федерации основным документом технического регулирования в отношении автоматических выключателей служит ГОСТ Р 50345-99, а также его дополненный вариант ГОСТР 50345-2010. В них изложены технические условия, классификация и методы проверки устройств бытового и аналогичного применения. Действие нормативов распространяется на воздушные автоматические выключатели переменного тока частотой 50 или 60 Гц и номинальным напряжением не более 440В, номинальным током до 125 А и с номинальной отключающей способностью не выше 25000 А.

Стандартом зафиксированы следующие ключевые значения, играющие важную роль в характеристиках ВА:

Таблица 1

НАЗВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ	ЗНАЧЕНИЕ
условный ток нерасцепления	1,13In
условный ток расцепления	1,45In
*условное время	1 ч для ВА с In до 63 А2 ч для изделий с In более 63А
контрольная температура калибровки	30ОС
тип мгновенного расцепления	диапазон
В	от 3 In до 5 In включительно
С	более 5Inи до 10In
D	свыше 10Inдо 20 Inнекоторых случаях возможно значение 50In

Классификация по автоматических выключателей по ГОСТ Р 50345-99:

• по числу полюсов (от одного до четырех полюсов)
• исполнение (закрытое – открытое)
• по способу монтажа (панельно-щитовой, утопленный, настенный)
• по виду подключения (механическое крепление, втычной тип)
• по величине тока мгновенного расцепления, типы: В, С или D.

Маркировка должна наноситься способом, обеспечивающим ее стойкость и должна включать данные о производителе, обозначение, серийный номер или номер в каталоге. Кроме этого на выключателе указываются электрические параметры: номинальное напряжение, тип мгновенного расцепления и номинальный ток, номинальная частота (Гц) и номинальная отключающая способность (А).

Отметим, что стандарт ГОСТР 50345-2010 вступил в действие в 2012г и маркировка производителей может от него отличаться. Например, маркировка автоматических выключателей серии ВА завода Контактор имеет следующий вид:

Таблица 2