Как пользоваться время токовой характеристикой. Время-токовые характеристики автоматов. Как работает автомат в режиме короткого замыкания
Доброе время суток, дорогие друзья!
Сегодня продолжу рассказывать про автоматические выключатели в свете измерения сопротивления петли «фаза-нуль».
В последней статье посвященной измерению сопротивления петли «фаза-ноль» я обмолвился о время-токовых характеристиках автоматических выключателей. Сегодня приведу для примера такие характеристики для автомата типа ВА47-29:
Традиционный автоматический выключатель с литым корпусом использует электромеханические расцепители, которые могут быть фиксированными или взаимозаменяемыми. Оба эти устройства действуют механически на механизм отключения. Тепловые перегрузки Короткие замыкания Неисправности заземления. . В условиях перегрузки между изоляцией и проводником происходит нарастание температуры. Если ее не остановить, то срок службы изоляции резко сократится, что в конечном итоге приведет к короткому замыканию. Это тепло является функцией квадрата среднеквадратичного тока, сопротивления в проводнике и количества времени, в течение которого ток течет.
Для каждого автоматического выключателя такая характеристика своя. Обычно она приводится в паспорте на автомат в том виде как показано на рисунке. Т.е. имеется некоторый разброс в параметрах. Как можно заметить разброс этот достаточно большой.
Если вы контролируете текущий поток и время, вы можете несколько предсказать и определить условия перегрузки. Используя кривую временного тока, как показано на рисунке 1, вы можете видеть границу между нормальными и перегрузочными условиями. Обычно короткое замыкание происходит, когда аномально высокие токи протекают в результате отказа системы изоляции. Этот высокий ток, называемый током короткого замыкания, ограничен только возможностями системы распределения.
Типичная кривая временного тока для мгновенного элемента, как показано на рисунке 2, показывает, что она не инициирует отключение до тех пор, пока ток короткого замыкания не достигнет или не достигнет точки. На самом деле замыкание на землю представляет собой тип короткого замыкания, только его фаза-земля, которая, вероятно, является наиболее распространенным типом неисправности в низковольтных системах.
— для характеристики «В» ток отсечки (ток электромагнитного расцепителя) может находиться в интервале от 3Iн до 5Iн;
— для характеристики «С» — от 5Iн до 10Iн;
— для характеристики «D» — от 10Iн до 14Iн.
Значит, измеренный или рассчитанный нами ток короткого замыкания для конкретной линии может, как удовлетворять параметрам автоматического выключателя (быть достаточным для его отключения), так и не удовлетворять.
Зависимость срабатывания от окружающей температуры
Но, если их оставить незамеченными, они могут достаточно увеличиться, чтобы отключить стандартное защитное устройство. Когда это происходит, обычно бывает слишком поздно, и повреждение уже сделано. Примером этого является двигатель, имеющий внутренний отказ изоляции. Хотя текущий поток может быть небольшим, он должен быть обнаружен и устранен до того, как произойдет серьезное повреждение двигателя.
При перегрузке или срабатывании теплового отключения используется кусок биметалла, нагреваемый током нагрузки. Этот биметалл фактически представляет собой две полосы металла, соединенные вместе, причем каждая из них имеет разную тепловую скорость теплового расширения. Они откалиброваны на заводе и не регулируются по полю.
Реальную же характеристику зависимости времени срабатывания автоматического выключателя от протекающего через него тока для каждого конкретного автомата можно получить только путем проведения проверки параметров этого автомата.
Но многие лаборатории не имеют оборудования для испытания автоматических выключателей. и соответственно, у них нет такого вида работ. Поступают просто. Для проверки соответствия автоматического выключателя параметрам линии (возможному току короткого замыкания) используют верхнее значение тока отсечки, т.е. для характеристики «С» это 10Iн. Такой подход вполне оправдан, т.к. автомат наверняка отключится при токе большем большего возможного тока срабатывания расцепителя, но в ряде случаев не достаточно достоверен. Потому что если измеренный ток короткого замыкания меньше 10Iн, то, разумеется при исправном состоянии проводов линии, необходима замена автоматического выключателя на подходящий. Хотя при проведении проверки автоматического выключателя может выясниться. что ток срабатывания его составляет, например, 7Iн и в этом случае уже при измеренном нами токе короткого замыкания автомат должен уверенно отключаться, т.е. замена автомата не требовалась.
Как показано на фиг. 3, тепло приведет к изгибу биметалла. Эта часть биметалла с большей скоростью расширения находится снаружи кривой изгиба. При срабатывании короткого замыкания используется электромагнит с обмоткой, которая последовательно соединена с током нагрузки. Когда происходит короткое замыкание, ток, протекающий через проводник цепи, приводит к быстрому увеличению напряженности магнитного поля электромагнита и привлечению якоря, как показано на фиг.
Единственный фактор задержки времени включает время, необходимое для физического контакта контактов и гашения контактов; это обычно меньше одного цикла. Например, большинство термомагнитных выключателей выше размера рамы 150А имеют регулируемые магнитные отключения.
Вернемся к время-токовой характеристике. Допустим, мы провели проверку автомата и по измеренным параметрам получили его индивидуальную характеристику (отображена зеленой линией на рисунке).
Что она нам дает?
Согласно ПУЭ п.1.7.79 время автоматического отключения питания в системе TN не должно превышать значения 0,4с при фазном напряжении 220В, но в цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки, время отключения не должно превышать 5с.
Как следует из названия, тепловой магнитный расцепитель объединяет особенности теплового блока и магнитного блока, как показано на рисунке. В результате кривая временного тока, как показано на рисунке 6, объединяет рабочие характеристики. Термомагнитный расцепитель лучше всего подходит для большинства применений общего назначения, так как он чувствителен к температуре и автоматически следит за безопасными нагрузками на кабель и оборудование. Эти нагрузки будут варьироваться в зависимости от температуры окружающей среды.
Электронные расцепители обычно состоят из трансформатора тока для каждой фазы, печатной платы и шунтирующего отключения. Затем печатная плата интерпретирует текущую информацию о потоке, принимает решения о поездке на основе заданных параметров и сообщает блоку отключения для отключения выключателя.
Таким образом, имеем две точки на характеристике 0,4с и 5с. В зависимости от места установки автоматического выключателя определяем, какая точка нужна нам и находим в этой точке ток срабатывания (отключения) автоматического выключателя.
Из полученной нами характеристики (зеленая линия) видно, автомат отключится за 0,4с при семикратном от номинального токе, а за 5 с при токе 4,5Iн.
В дополнение к тому, чтобы обеспечить возможность открытия и закрытия своих контактов вручную, автоматический выключатель должен автоматически открывать свои контакты при обнаружении состояния сверхтока. Блок отключения является частью автоматического выключателя, который определяет, когда контакты будут открываться автоматически.
В термомагнитном выключателе расцепитель включает элементы, предназначенные для восприятия тепла в результате перегрузки и высокого тока, возникающего в результате короткого замыкания. Расцепитель включает в себя механизм отключения, который удерживается на месте с помощью ограничителя. Пока тормозная стойка удерживает механизм отключения, механизм остается надежно зафиксированным на месте.
Еще раз отвечу на частый вопрос: Зачем измерять сопротивление петли «фаза-нуль»?
Зная сопротивление петли «фаза-нуль» какой-то цепи (линии), можно найти ток короткого замыкания, который в этой линии может развиться. А зная этот ток, можно ответить на вопрос: сработает ли установленный в этой линии автоматический выключатель и за какое время.
Когда срабатывание отключено, механизм отключения освобождает рабочий механизм, который открывает контакты. Когда кнопка нажата, триггер вращается вверх и вправо. Это позволяет механизму отключения «разблокировать» освобождение рабочего механизма. Рабочий механизм открывает контакты.
Если делается попытка снять крышку выключателя, когда контакты находятся в закрытом положении, пружина, расположенная под кнопкой, заставляет кнопку подниматься и выключатель отключается. 
Термально-магнитные выключатели используют биметаллическую полосу для определения условий перегрузки. Когда достаточная максимальная токовая обтекаемость проходит по токовому пути автоматического выключателя, нагрев приводит к изгибу биметаллической полосы. После изгибания заданного расстояния биметаллическая полоса соприкасается с тормозным стержнем, активирующим механизм отключения.
Вот на сегодня и все. Если возникли вопросы, спрашивайте.
Предохранитель – это электрический прибор, обеспечивающий защиту электросети от аварийных ситуаций, связанных с выходом текущих параметров (тока, напряжения) за заданные рамки. Простейший предохранитель – плавкая вставка.
Биметаллическая полоса состоит из двух разнородных металлов, соединенных вместе. Эти два металла имеют разные характеристики теплового расширения, поэтому биметаллическая лента изгибается при нагревании. По мере того, как повышается уровень, растет и тепло.
Чем жарче биметаллический, тем больше он изгибается. После того, как источник тепла удаляется, как когда выключатель разомкнут, биметаллическая полоска охлаждается и возвращается в исходное состояние. Это позволяет отключить автоматический выключатель после того, как условие перегрузки было исправлено.
Это прибор, включенный в защищаемую цепь последовательно. Как только ток в цепи превышает заданный, проволочка плавится, контакт размыкается, и защищаемый участок цепи таким образом остается неповреждённым. Недостаток такого способа защиты – одноразовость защитного прибора. Сгорел – надо менять.
Как работает автомат в режиме короткого замыкания
Как описано выше, ток, протекающий через размыкающие контакты выключателя, создает противоположные магнитные поля. В нормальных рабочих условиях эти противодействующие силы недостаточны для разделения контактов. Однако при коротком замыкании эти противоположные силы значительно увеличиваются.
Ток, протекающий через контакты, также протекает через проводник, который проходит близко к отключающему устройству автоматического выключателя. При уровнях тока сбоя магнитное поле, окружающее этот проводник, обеспечивает достаточное усилие для разблокировки расцепителя и отключения выключателя.
Устройство автоматического выключателя
Аналогичная задача решается при помощи так называемых автоматических выключателей (АВ). В отличие от плавких одноразовых предохранителей, автоматы – достаточно сложные приборы, при выборе их следует учитывать имеет несколько параметров.
Они также последовательно включаются в цепь. При повышении тока автоматический выключатель цепь разрывает. Автоматические выключатели выпускаются самого разного конструктивного исполнения и с различными параметрами. Наиболее распространены сегодня автоматы для крепления на ДИН-рейку (рис. 1).
Объединенные действия магнитных полей, выбивающих контакты друг от друга, одновременно с отключением автоматического выключателя приводят к быстрому прерыванию тока повреждения. Кроме того, поскольку магнитные силы пропорциональны току, чем больше ток повреждения, тем короче время, необходимое для прерывания тока.
Основная цель блокировки выключателя и защитных функций в целом заключается в обнаружении неисправностей и выборочной изоляции поврежденных частей системы. Он также должен допускать кратковременное время размыкания, чтобы ограничить мощность сбоя и эффект возникновения дуги.
Широко известны ещё советских времен автоматы АП-50 (рис. 3-5) и многие другие. Автоматы выпускаются с количеством полюсов (линий для подключения) от одного до четырёх. При этом двух- и четырёхполюсные автоматы могут иметь в своем составе не только защищенные, но и не защищённые контактные группы, которые обычно используются для разрыва нейтрали.
Основы отключения выключателей. Защитная функция автоматического выключателя в системе распределения мощности определяется выбором соответствующего выпуска. 
Термомагнитный расцепитель состоит из двух частей. Тепловой расцепитель - выполнен из биметаллического теплового устройства, которое приводит в действие открытие автоматического выключателя с задержкой в зависимости от величины максимального тока. Этот блок отключения предназначен для защиты от перегрузок.
Состав и устройство АВ
В состав большинства автоматических выключателей входят:
- механизм ручного управления (используется для ручного включения и выключения автомата);
- коммутирующее устройство (набор подвижных и неподвижных контактов);
- дугогасительные устройства (решетка из стальных пластин);
- расцепители.
Дугогасительные устройства обеспечивают гашение и выдувание дуги, которая образуется при размыкании контактов, через которые проходит сверхток(рис.2)
Этот блок отключения предназначен для защиты от короткого замыкания. Вместо этого электронные расцепители используют микропроцессор для обработки текущего сигнала и срабатывания автоматического выключателя в случае неисправности. В дополнение к этому, электронные блоки отключения предлагают больше критериев отключения, которые невозможны с электромеханическими выбросами.
При цифровой обработке сигнала они обеспечивают следующие функции защиты. Длительная функция отключения по времени, короткая функция отключения по времени, функция мгновенного отключения, функция отключения от замыкания на землю. 
В зависимости от типа выпуска также доступны перегрузки перегрузки с обратной задержкой с дополнительными характеристическими кривыми.
Расцепитель – устройство (часть автомата или дополнительное устройство), механически связанное с механизмом АВ и обеспечивающее размыкание его контактов.
В составе автоматического выключателя имеются обычно два расцепителя.
Первый расцепитель – реагирует на долговременную, но небольшую перегрузку сети (тепловой расцепитель). Обычно это устройство на основе биметаллической пластины, которая под действием проходящего через неё тока постепенно нагревается, изменяет конфигурацию. В конце концов она нажимает на удерживающий механизм, который освобождает и размыкает подпружиненный контакт.
Распространенные виды характеристик
Эта регулируемая функция имитирует влияние биметаллического проводника в термомагнитном автоматическом выключателе. Он реагирует на условия перегрузки и определяет, сколько тока прерыватель будет продолжать непрерывно. Номинальная точка срабатывания, когда блок отключения автоматического выключателя обнаруживает перегрузку, находится в 075 раз от выбранного значения ампер. После того, как автоматический выключатель поднят, он не отключится до тех пор, пока не будет достигнута задержка, определяемая установкой длительной задержки.
Второй расцепитель – так называемый, «электромагнитный». Он обеспечивает быструю реакцию АВ на короткое замыкание. Конструктивно этот расцепитель представляет из себя соленоид, внутри катушки которого находится подпружиненный сердечник со штырьком, упирающимся в подвижный силовой контакт.
Обмотка включена в цепь последовательно. При коротком замыкании ток в ней резко возрастает, за счет чего увеличивается магнитный поток. При этом преодолевается сопротивление пружины, и сердечник размыкает контакт.
Параметры АВ
Первый параметр – номинальное напряжение. Выпускаются автоматы для только постоянного тока и для переменного и постоянного. Автоматы для постоянного тока для общего использования достаточно редки. В бытовых и промышленных сетях используются в основном АВ для переменного и постоянного тока. Чаще всего используются АВ с номинальным напряжением 400В, 50Гц.
Второй параметр – номинальный ток (Iн). Это тот рабочий ток, который автомат пропускает через себя в длительном режиме. Обычный ряд номиналов (в амперах) – 6-10-16-20-25-32-40-50-63.
Третий параметр – отключающая способность, предельная коммутирующая способность (ПКС). Это максимальная сила тока короткого замыкания, при которой автомат сможет разомкнуть цепь, не разрушившись. Обычный ряд паспортных значений ПКС (в килоамперах) – 4,5-6-10. При напряжении 220 В, это соответствуют сопротивлению сети (R=U/I) 0.049 Ом, 0,037 Ом, 0,022 Ом.
Как правило, сопротивление проводов бытовой электросети может достигать 0,5 Ом, ток короткого замыкания на уровне 10 кА возможен только в непосредственной близости от электроподстанции. Поэтому самые распространённые ПКС – 4,5 или 6 кА. Автоматы с ПКС 10 кА применяются в основном в промышленных сетях.
Четвертый параметр, характеризующий АВ, — это ток уставки (уставка) теплового расцепителя. Этот параметр для различных автоматов составляет от 1,13 до 1,45 от номинального тока. Мы отмечали, что при прохождении номинального тока гарантируется длительная работа цепи с АВ.
Уставка теплового расцепителя больше номинала, именно достижение реальным током величины уставки вызовет отключение автомата. Следует отметить, что в автоматах советского периода предусмотрена ручная регулировка уставки тепловой защиты (рис. 5). Доступ к регулировочному винту в автоматах, устанавливаемых на ДИН-рейку невозможен.
Пятый параметр автоматического выключателя – ток уставки электромагнитного расцепителя. Этот параметр определяет кратность превышения номинального тока, при которой АВ сработает практически мгновенно, среагировав на короткое замыкание.
Важная характеристика автомата – это зависимость времени срабатывания от тока (рис. 6). Эта зависимость состоит из двух зон. Первая – зона ответственности тепловой защиты. Особенность её – постепенное уменьшение времени прохождения тока до расцепления. Это понятно – чем больше ток, тем быстрее нагревается биметаллическая пластина и размыкается контакт.
При очень большом токе (коротком замыкании) практически мгновенно (за 5 – 20 мс) срабатывает электромагнитный расцепитель. Эта вторая зона на нашем графике.
По уставке электромагнитного расцепителя все автоматы подразделяются на несколько типов:
- A Преимущественно для защиты электронных схем и цепей большой протяжённости;
- B Для обычных осветительных цепей;
- C Для цепей с умеренными пусковыми токами (двигатели н трансформаторы бытовых приборов);
- D Для цепей с большой индуктивной нагрузкой, для промышленных электродвигателей;
- K Для индуктивных нагрузок;
- Z Для электронных устройств.
Наиболее распространены – B, C и D.
Характеристика В – используется для сетей общего назначения, особенно там, где необходимо обеспечить селективность защиты. Электромагнитный расцепитель настроен на срабатывание при кратности тока по отношению к номиналу от 3 до 5.
При подключении чисто активных нагрузок (лампочек накаливания, обогревателей…) пусковые токи практически равны рабочим. Однако при подключении электродвигателей (даже холодильников и пылесосов) пусковые токи могут быть значительными и вызвать ложное срабатывание автомата с рассматриваемой характеристикой.
Наиболее распространены автоматы с характеристикой С. Они достаточно чувствительны, и в то же время не дают ложных срабатываний при пуске двигателей бытовой техники. Такой выключатель срабатывает при 5-10 кратном превышении номинального значения. Такие автоматы считаются универсальными и применяются всюду, включая промышленные объекты.
Характеристика D – это уставка электромагнитного расцепителя на 10 – 14 номиналов по току. Обычно такие значения нужны при использовании асинхронных двигателей. Как правило автоматы с характеристикой D используются в трёх- или четырёхполюсном исполнении для защиты промышленных сетей.
При совместном использовании автоматических выключателей нужно иметь представление о таком понятии, как селективная защита. Построение селективной защиты обеспечивает срабатывание автоматов, находящихся ближе к месту аварии, при этом более мощные автоматы, расположенные ближе к источнику напряжения, срабатывать не должны. Для этого более чувствительные и быстродействующие автоматы устанавливаются ближе к потребителям.
Загрузка...
