Задача автоматического выключателя обеспечить защиту проводов и кабелей от перегрева, способного вызвать их разрушение или пожар. Причинами перегрева могут быть длительные перегрузки или значительные токи короткого замыкания. Для предотвращения перегрева проводов используют хорошо испытанное решение - автоматический выключатель, содержащий тепловой и электромагнитный расцепители. 

Автоматический выключатель обеспечивает также выполнение функций отключения, разделения электрических цепей и управления.

Выбор автоматического выключателя, начинается с изучения параметров сети, в которой он будет установлен. Выбор зависит от напряжения сети, установленной мощности, режима нейтрали, частоты, характеристик тока короткого замыкания. 

Процедура расчёта 

1. Расчёт рабочего тока 

Максимальный рабочий ток электроустановки определяется по характеристикам потребителей (см. Потребляемая мощность бытовых электроприборов). 

2. Защита от перегрузок

Значение номинального тока автоматического выключателя выбирается в зависимости от сечения проводников, которые он защищает.

Расчёт допустимых токов в проводах и кабелях, а также их сечений производится из условия защиты от перегрузок. По значению рабочего тока определяется номинальный ток автоматического выключателя. 

Исходя из полученного таким образом значения номинального тока и различных условий прокладки кабеля, его типа и различных факторов коррекции: температуры, расстояния между проводами (кабелями) и их количества, расстояния между кабельными каналами, сопротивления почвы, определяют сечение проводников. 

Для автоматических выключателей должно соблюдаться неравенство : 

Iн ≤ Iпр 

где : - номинальный ток автоматического выключателя. 

Iпр - допустимый ток в проводнике сечением в зависимости от условий его прокладки. 

3. Защита от коротких замыканий 

Расчёт максимального тока короткого замыкания в электрическом щитке - Iкз. Этот расчёт используется для выбора защитного устройства по отключающей способности.

 4. Оценка особых факторов возникающих в электроустановке 

Некоторые факторы влияют на выбор типа автоматического выключателя, такие как бросок тока в цепи при включении трансформатора, двигателя или другой нагрузки, обладающей значительной индуктивностью. 

 

Категории использования

Категория использования автоматического выключателя определяется тем, является ли он специализированным устройством для выполнения селективности в условиях короткого замыкания с автоматическим выключателем, установленным в электрической цепи ниже, за счет специальной временной задержки, или таковым не является. 

  1. Категория А - неспециализированные автоматические выключатели; они не предназначены исключительно для селективной работы в условиях короткого замыкания, с автоматическими выключателями, расположенными ниже по цепи. Они не имеют ни задержки срабатывания, ни соответствующего ей параметра по кратковременно допустимому току. 
  2. Категория В: специализированные автоматические выключатели, специально предназначенные для селективной работы в условиях короткого замыкания с обычными автоматическими выключателями, установленными в электрической цепи ниже. Такие автоматические выключатели имеют регулируемую временную задержку и для них  оговорен параметр кратковременно допустимого тока Icw

 

Определение характеристик автоматических выключателей Z, B, C и D.

В электрических сетях низкого напряжения автоматические выключатели характеризуются номиналом, числом полюсов (одно, двух, трех и четырехполюсные), отключающей способностью, а также типом рабочих характеристик Z, B, C или D. 

Выбор типа характеристики должен производиться с учетом : 

  • возможных бросков тока в электроприемниках, чтобы избежать ложных отключений, 
  • ограничения тока короткого замыкания в конце линии (то есть Iкз мин), чтобы гарантировать отключение. 

 В соответствии со стандартом NF EN 60-898 (NF C 61-410) тип характеристики определяется магнитным расцепителем автоматического выключателя, обеспечивающим защиту от короткого замыкания. 

  • Характеристика Z - магнитный расцепитель отрегулирован на заводе на значение тока срабатывания от 2,4 до 3,6 Iном. 
  • Характеристика В - магнитный расцепитель отрегулирован на заводе на значение тока срабатывания от 3 до 5 Iном. 
  • Характеристика С - магнитный расцепитель отрегулирован на заводе на значение тока срабатывания от 5 до 10 Iном. 
  • Характеристика D - магнитный расцепитель отрегулирован на заводе на значение тока срабатывания от 10 до 20 Iном.

Характеристики автоматических выключателей Z, B, C и D

 

В подавляющем большинстве случаев используются автоматические выключатели с характеристикой С. 

Тип D с большим порогом срабатывания используется для защиты цепей, в которых бывают значительные пусковые токи при включении. (трансформаторы, двигатели, другие потребители с индуктивной нагрузкой). 

Тип Z или В, имеющие небольшой порог срабатывания используются при ограниченных токах короткого замыкания в конце линии (если защищается линия большой длины).

 

Ограничивающая способность автоматических выключателей.

Определение: Это способность автоматического выключателя пропускать при коротком замыкании только незначительную часть тока. Ограничение тока короткого замыкания по времени и по амплитуде позволяет исключить разрушительные электродинамические воздействия и уменьшить тепловые эффекты в электрической установке. 

Принцип работы: Уменьшение амплитуды и времени прохождения тока обеспечивается за счет : 

  • очень быстрого размыкания контакта;
  • ускоренного развития дуги, напряжение которой превышает напряжение питающей сети и направлено встречно. 

Преимущества ограничения: 

  • Уменьшение габаритов защитного устройства; 
  • Снижение цены защитного устройства;
  • Уменьшение  электромагнитных, электродинамических, механических, тепловых эффектов.

Классы ограничения автоматических выключателей

Классы ограничения автоматических выключателей: 

  • Класс 1: без ограничения теплового напряжения 
  • Класс 2: тепловое напряжение ограничено на уровне 160 000 А2 с максимум 
  • Класс 3: тепловое напряжение ограничено значением 55 000 А2 с максимум. 

Отключающая способность может быть 4500, 6000 и 10000 А.  Автоматы с ОС 4500 А в странах Евросоюза запрещены к применению.

 

Тип автоматического выключателя в зависимости от режима нейтрали

Общие случаи : 

В схеме ТТ:

  • однополюсный с нулем (Ph + N) или двухполюсный 
  • трехполюсный с нейтралью (3Ph + N) или четырехполюсный 

В схеме IT: 

  • двухполюсный 
  • четырехполюсный 

В схеме ТN:

  • TNC -однополюсный или трехполюсный 
  • TNS -однополюсный с нулем или двухполюсный трехполюсный с нейтралью или четырехполюсный 

Для любого режима, если нейтраль не разведена, следует использовать трехполюсные устройства. 

В режиме нейтрали ТТ или TNS, автоматические выключатели однополюсный с нулем или трехполюсный с нейтралью позволяют обеспечить полное отключение электроприборов от питающей сети. Однако, если функция полного отключения реализована в этой же цепи выше при помощи двух или четырехполюсного выключателя, то можно использовать однополюсные (трехполюсные) автоматические выключатели. 

 

Изменение параметров автоматических выключателей в зависимости от условий окружающей среды 

В зависимости от температуры.

Автоматический выключатель отрегулирован для работы при номинальном токе и температуре окружающей среды: 

  • + 30°  для модульных автоматических выключателей;
  • + 40° для автоматических выключателей  в литом корпусе. 

В случае, когда температура окружающей среды превышает базовые величины, определенные в стандарте, следует уменьшить величину тока, чтобы избежать ложных срабатываний. 

В зависимости от частоты.

Параметры устройств приводятся для частоты питающей сети 50/60 Гц. 

При частоте 400 Гц, должны применяться коэффициенты коррекции: 

  • для порога срабатывания магнитного расцепителя модульных автоматических выключателей, 
  • для порога как теплового так и магнитного расцепителей автоматических выключателей в литом корпусе. 

Работа автоматического выключателя на постоянном токе требует выполнения целого ряда предосторожностей. 

В зависимости от числа устройств расположенных рядом.

Когда несколько аппаратов расположены рядом и работают одновременно при номинальной нагрузке, удаление тепла от каждого полюса ограничено. В результате повышения температуры происходят непредусмотренные отключения автоматических выключателей. Для предотвращения этого явления следует учитывать поправочные коэффициенты для номинальных токов. 

Поправочные коэффициенты для номинального тока в  зависимости от числа рядом расположенных аппаратов

В случае установки теплоизолирующих разделительных перегородок, поправочные коэффициенты можно не учитывать.