Автоматический выключатель – коммутационное устройство, предназначенное для защиты электрических цепей и оборудования от токов перегрузок, коротких замыканий и нечастых оперативных отключений.
Такое или почти такое определение присутствует во всех или почти всех учебниках и пособиях по электротехнике.
На первый взгляд, в подборе автомата нет ничего сложного, кажется, что достаточно лишь правильно посчитать номинальный ток, который будет протекать по защищаемой цепи и выбрать характеристику электромагнитного расцепителя в зависимости от вида потребителей.
После этого часто бывает так, что автомат начинает срабатывать при токах, значительно меньших, чем номинальный или наоборот, номинал уже превышен, а отключение не происходит. Первое, что приходит в голову – автомат неисправен. Но не всё так просто. Зачастую потребитель не учитывает (или даже не знает), что момент срабатывания автоматического выключателя определяется не только величиной тока, проходящего через него. Есть ещё много факторов, воздействующих на механизм автомата.
Давайте рассмотрим их.
Температура окружающей среды.
Тепловые расцепители автоматических выключателей разных производителей, как правило, откалиброваны на рабочие температуры +25 - +30 градусов. При повышении или понижении температуры также изменяется и ток, необходимый для отключения автомата. При повышении температуры ток уменьшается, т.к. тепловому расцепителю необходим меньший нагрев и, как следствие, меньший ток для оказания воздействия на механизм расцепления и отключение автомата. При понижении температуры происходит обратная картина: для того, чтобы тепловой расцепитель сработал, к нему необходимо приложить величину тока, превышающую номинал на величину, компенсирующую нагрев расцепителя с фактической температуры до той, на которую он откалиброван. Наиболее яркие примеры таких явлений – это отключения автоматов в щитах, находящихся под воздействием прямых солнечных лучей и несрабатывание при очень низких температурах зимой.
Частота.
При изменении частоты происходит изменение чувствительности электромагнитного расцепителя. Чем выше частота, тем выше будет ток короткого замыкания, при котором этот вид расцепителей сработает. Большая часть автоматов рассчитана на переменный ток с частотой 50-60 Гц. Существуют автоматы, предназначенные специально для работы в цепях постоянного тока, но чаще всего в этих цепях используются обычные. Это допустимо, необходимо только учесть поправочные коэффициенты, изменяющие работу электромагнитного расцепителя. На тепловой расцепитель изменение частоты или рода тока влияния не оказывают.
Количество соседних устройств и время нахождения под нагрузкой.
На ток срабатывания теплового расцепителя оказывают влияние и другие автоматические выключатели, установленные в одном ряду и находящиеся под нагрузкой. Причем это влияние значительно, и может снизить порог отключения на 25% от номинального тока автомата. Нахождение автомата под нагрузкой длительное время (более одного часа) также снижает ток, при котором автомат сработает ещё на 10%.
Высота над уровнем моря.
При изменении высоты над уровнем моря происходит изменение таких параметров, как атмосферное давление, теплопроводность, диэлектрическая проницаемость и химический состав воздуха. Всё это также влияет на работу автомата, только уже в меньшей степени, чем ранее рассмотренные факторы. На высотах до 2000 метров изменения практически не происходят, а на высоте 4000 метров ток срабатывания снижается примерно на 7%.
Давайте теперь на конкретном примере рассмотрим, как будет себя вести самый распространенный однополюсный автомат на 16А с характеристикой С, помещенный в разные условия. Из приведенных выше факторов не будем рассматривать только высоту над уровнем моря, т.к. большая часть России находится на высотах менее 2000 метров и эта поправка не так актуальна.
Пример 1.
Температура воздуха внутри металлического электрощита, расположенного на улице с солнечной стороны здания +70˚, в один ряд установлены 12 автоматов, находятся под нагрузкой более одного часа.
Из каталога производителя выбираем поправки и коэффициенты.
Для температуры +70˚ ток срабатывания теплового расцепителя составит 11,9А.
Для 12 соседних устройств коэффициент равен 0,76.
При продолжительности нахождения под нагрузкой коэффициент равен 0,9.
Находим номинальное значение тока для теплового расцепителя при указанных условиях:
11,9А×0,76×0,9=8,14А.
Таким образом, при указанных условиях номинал автомата снизится с 16А до 8,14А, то есть в два раза!
Ток неотключения автомата будет 8,14А×1,13=9,2А
Пример 2.
Температура воздуха внутри электрощита, расположенного на улице -40˚. Включен только испытуемый автомат. Время нахождения под нагрузкой 15 минут.
Из каталога выбираем поправки.
Для температуры -40˚ ток срабатывания теплового расцепителя составит 21,3А.
Коэффициенты для соседних устройств и времени работы равны 1.
Находим номинальное значение тока для теплового расцепителя при указанных условиях:
21,3А×1×1=21,3А
Ток неотключения будет 21,3А×1,13=24А.
Вот какой получается результат. Исправный автоматический выключатель на 16А реально будет отключаться в диапазоне от 9,2А до 24А, в зависимости от условий размещения.
Поэтому чаще всего причиной несвоевременного срабатывания автоматов является не их неисправность, а неверно выбранное место для установки электрощита или неучтенные поправки при выборе номиналов автоматов.
Для корректной работы автоматов, предназначенных для работы на переменном токе в цепях постоянного тока достаточно установить автомат с характеристикой электромагнитного расцепителя на одно значение меньше. Например: вместо С взять В, вместо D взять С и т.д. Это связано со снижением сил, воздействующих на электромагнитный расцепитель при изменении рода тока (или увеличении частоты).
В данной статье мы рассмотрели основные факторы, влияющие на изменение номинального тока автоматов, и, как следствие, их раннее или позднее срабатывание.
Конечно, жизнь богаче и всё учесть невозможно.
Другими причинами могут быть, к примеру, неучтенная реактивная составляющая, ослабление затяжки клемм автомата и следующий за этим перегрев, но это уже темы для следующих статей.