Возможно Вам известно, что именно электрический ток, который протекает по обмоткам электрического двигателя заставляет его ротор вращаться вокруг своей оси! Именно по причине движения потока заряженных частиц (электронов) внутри медного проводника, порождающих электромагнитные силы, создается вращающий момент (из за отталкивания магнитных полей друг от друга). Следовательно, зная ток двигателя мы можем многое сказать о самом электродвигателе (его мощность, исправность, режим работы и т.д.).
Для начала предлагаю картинку с формулами, которые позволяют вычислить силу тока из основных характеристик электрического двигателя:
Немного пояснения к формулам. Первая формула определяет номинальный ток двигателя для постоянного тока, выражаемый в амперах. Вторая же формула вычисляет номинальную силу тока для переменного вида тока, также в амперах. Наиболее значимой характеристикой для электродвигателя (пожалуй и не только для него) является его электрическая мощность. Её величиной принято считать ваты, но поскольку мы оперируем относительно большими мощностями (в сравнении с небольшими потребителями, такими как зарядка телефона, светильник, телевизор и т.д.), то для удобства она уже выражается в киловаттах (кВт). Естественно в формуле указана номинальная мощность двигателя.
Не менее основной характеристикой, наравне с мощностью, является напряжение электродвигателя, которое подаётся на него в виде питания, и напрямую связанную с величиной тока двигателя. Выражается оно в вольтах (В). Стандартным напряжением считается 220 и 380 вольт. В однофазной сети используются электрические двигатели с напряжением питания 220 В. Ну, а в трёхфазной сети, естественно, двигатели ставят на напряжение 380 В. Хотя на трёхфазный двигатель можно подать и 220 вольт, применяя дополнительный конденсатор, для пуска.
Как и в любых других электрических устройствах и приборах у электродвигателя есть свои потери (зависящие от материала, качества сборки, конструкции и т.д.). Следовательно у каждого двигателя имеется свой коэффициент полезного действия. Он показывает, на сколько хорошо преобразуется электрическая энергия в электрическую (какой процент идет на полезное действие, а какой расходуется впустую). Естественно, этот КПД (коэффициент полезного действия, влияющий на ток двигателя) должен быть максимально возможным и стремится к 100%. В нашей формуле он перемножается на номинальное напряжение.
И последней характеристикой, значительно влияющей на ток двигателя, которая имеется в формуле (для переменного тока) является так называемый косинус фи. Что это такое? Вам должно быть известно, что переменный ток, протекая по катушке, имеет свойство сдвигаться не некоторый временной промежуток относительно напряжения. В свою очередь это не совсем благоприятное явление, которое отрицательно влияет на саму работу электродвигателя. Этот косинус фи в идеале должен быть равен единице. А в реальности он обычно немного меньше нее. Эта самая небольшая разница снижает общий КПД движка, увеличивая энергетические потери.
Таким образом мы с вами видим, что обычная формула нахождения тока двигателя через мощность и напряжение (ток равен электрическая мощность деленная на напряжение) приобретает более точный вид, путём введения в нее дополнительных факторов (характеристик), непосредственно влияющих на работу электродвигателя. Это коэффициент полезного действия и косинус фи (для переменного тока). Обычно все эти номинальные характеристики указываются на самом корпусе двигателя. И чтобы их узнать достаточно просто их прочитать. Но нередки случаи, когда эта самая маркировка стерлась. Тут то нам и пригодится формула.
Если нам особой точности в вычислении не нужно, то просто делим известную нам электрическую мощность на напряжение, получаем примерный номинальный ток двигателя. Если нам известно электрическое напряжение и сопротивление обмоток (которое можно измерить обычным тестером, мультиметром), то мы напряжение делим на сопротивление (выражается в омах). Ну и самым простым практическим способом узнать силу тока электродвигателя будет просто его измерить при работе движка амперметром, токовыми клещами. Учтите, для тех кто не знает, ток измеряется в разрыв цепи, то есть, мы измерительные щупы ставим как бы между самим разрывом провода, питающего двигатель.
P.S. С опытом Вы научитесь уже по размеру и внешнему виду самого движка определять его мощность, напряжение питания, ну и силу тока, которую он потребляет. Большинство электродвигателей стандартизированы, и сам внешний вид уже указывает на его основные характеристики. Ну, а для большей уверенности уже можно воспользоваться формулами или практическими измерениями.
Основным назначением автоматических выключателей, применяемых в бытовых электрических сетях, является своевременное отключение потребителей в случае возникновения короткого замыкания или превышения номинального значения тока в результате перегрузки.
Для того чтобы иметь возможность выполнять обе эти функции, любой должен быть оснащен двумя видами расцепителей, один из которых (электромагнитный) реагирует на резкое увеличение тока, а другой (тепловой) размыкает цепь в случае недопустимого возрастания температуры проводников.
Невыполнение защитой своих функций может привести к чрезмерному нагреву элементов сети, их разрушению или возникновению пожара. Поэтому при монтаже или ремонте крайне важно правильно выбрать и установить устройства ее защиты.
Вполне естественно, что значения номинального тока и напряжения, а также времени отключения у различных автоматических выключателей разное.
Для того чтобы разобраться в критериях и правилах, которыми принято руководствоваться при установке этих устройств, следует внимательнее присмотреться к их техническим характеристикам.
Большинство их этих характеристик можно определить, просто глядя на соответствующие маркировки, нанесенные на корпус автоматического выключателя.
Номинальный ток
Эта характеристика показывает, какой максимально допустимый ток может протекать через это устройство в течение длительного времени не вызывая при этом срабатывания теплового расцепителя.
Чтобы рассчитать это значение для отдельной однофазной линии, нужно совокупную мощность подключенных к ней электроприборов разделить на напряжение сети. Например, при мощности потребителей в 3 кВт номинальный ток будет равен:
Iном = P/U=3000/220=13,6 А.
Нужно заметить, что рассчитанные таким образом значения не являются абсолютно точными, поскольку в них не учитывает коэффициент мощности, который может сильно влиять на результат, если в электрической цепи имеются крупные потребители реактивной энергии. Однако, поскольку в большинстве случаев такая нагрузка среди бытовых устройств не встречается, то для выбора автоматического выключателя вполне допустимо пользоваться этой формулой. Выбирать при этом нужно устройство, имеющее ближайший (больший) к расчетному номинал тока из стандартного ряда. Для нашего случая подойдет автоматический выключатель на 16 А.
Важным условием, которое должно соблюдаться при выборе защитного автомата, является способность проводки выдерживать его номинальный ток. Для того чтобы определить этот параметр, нужно знать сечение проводника и материал, из которого он изготовлен. Пользуясь этими данными, можно без труда определить значение максимально допустимого номинального тока, используя соответствующие таблицы.
Если характеристики проводки не соответствуют мощности подключаемых к ней потребителей, то нужно проводить отдельную линию, предназначенную для питания больших нагрузок (стиральная машина, электроплита, кондиционер и т. д.)
Номинальное напряжение
Тут все очень просто, для однофазной сети следует выбирать автоматы с номиналом 230 В, а для трехфазной – 380 В.
Тип времятоковой характеристики
Эта характеристика показывает зависимость скорости отключения контактов расцепителя от величины протекающего через них тока. Дело в том, что некоторые устройства, применяемые в бытовых электросетях, имеют достаточно большие пусковые токи, намного превышающие значения номинальных токов.
Для того чтобы автомат не срабатывал в момент пуска таких устройств, он должен «уметь» выдерживать эти токи в течение определенного промежутка времени, по истечении которого электроприбор выходит на нормальный режим работы и ток в сети снижается до своего номинального значения. Если этого не происходит, то имеет место аварийная ситуация, и электромагнитный расцепитель автомата отключит линию.
В бытовых электросетях применяются автоматические выключатели, имеющие три типа времятоковых характеристик:
- В. Предназначены для питания и линий освещения.
- С. Наиболее распространенный тип выключателей, применяется для питания более мощных, чем в предыдущем случае потребителей (в том числе и двигателей с небольшими пусковыми токами). Такой автомат может быть использован в качестве вводного отключающего устройства в системе электроснабжения квартиры или частного дома.
- Автоматы с характеристикой этого типа используются главным образом для защиты электродвигателей.
Как видно из рисунка, даже при десятикратном превышении током в цепи своего номинального значения, автомат, имеющий характеристику D, отключит цепь с задержкой от 1 до 2 с.
Номинальная отключающая способность
Эта характеристика показывает, какое максимальное значение тока может быть отключено этим автоматом.
Количество полюсов
В однофазных сетях используются выключатели, имеющие один или два полюса. Для установки в цепь питания трехфазного двигателя применяют трехполюсные устройства, а для защиты потребителей четырехпроводной трехфазной сети (с выделенным нулем) – четырехполюсные автоматы.
Если все вышеперечисленные значения определены, то выбрать автоматический выключатель для установки в квартире не представляет особой сложности. Однако есть еще несколько важных моментов, на которые стоит обратить внимание при монтаже системы защиты, состоящей из нескольких выключателей.
- Для обеспечения максимальной надежности лучше использовать автоматы от одного производителя.
- Подбирать номиналы выключателей по току нужно таким образом, чтобы обеспечить селективность системы автоматической защиты. То есть в случае возникновения аварийных ситуаций, она должна отключать только тот участок сети, где такая ситуация возникла. Чтобы обеспечить этот параметр, нужно в качестве общих автоматов выбирать устройства с большим значением номинального тока.
- Чтобы избежать приобретения некачественного или несоответствующего заявленным характеристикам устройства, лучше не покупать его у непроверенных поставщиков. Для этой цели существуют специализированные магазины или, в идеале, сертифицированные дилеры надежных производителей.
Пользуясь такими нехитрыми правилами, можно надежно обезопасить себя от возникновения неприятных ситуаций, связанных с авариями или некачественной работой системы защиты бытовой электросети.
Максимально возможный тепловой нагрев электрических проводников (включая их изоляцию), которые под нагрузкой должны надежно работать на протяжении неограниченно долгого времени, взят за основу выбора величины номинального тока .
Поддерживается тепловой баланс при номинальном токе:
От температурного воздействия электрических зарядов нагревом проводников;
Охлаждением за счет отвода в окружающую среду части тепла.
При этом влияние на прочностные и механические характеристики металла, не должно оказывать тепло Q1, а на измерение диэлектрических и химических свойств слоя изоляции — Q2.
Через какой-то промежуток времени, даже если номинальный ток немного превысит норму, для охлаждения изоляции и токовода потребуется снимать напряжение с электрооборудования. В противном же случае произойдет нарушение электротехнических свойств и возникнет деформация металла или пробой диэлектрического слоя.
Под работу при определенном значении номинального тока проектируется, рассчитывается и изготавливается любой вид электрического оборудования.
Не только в заводской технической документации указывается его величина, но также на корпусе либо шильдиках электрооборудования.
Величины номинального тока 2,5 и 10 ампер четко видны на показанной картинке, которые при изготовлении электрической вилки выполнены методом штамповки.
Целый ряд значений номинальных токов введен в действие ГОСТом 6827-76 с целью стандартизации оборудования, при этих значениях осуществлять работу должны практически все электроустановки.
Выбор защитного устройства по номинальному току.
Поскольку возможность длительной работы электрооборудования без любого рода повреждений определяет номинальный ток , то по нему настраиваются на срабатывание по его превышению все защитные устройства.
Очень часто на практике можно встретить ситуации, когда в схеме питания возникает перегрузка на непродолжительное время по различным причинам.
Температура слоя изоляции и металла проводника при этом не успевает достигнуть того предела, когда произойдет нарушение их электротехнических свойств.
Выделена зона перегруза по этим причинам в отдельную область, которая не только величиной ограничивается, но также продолжительностью действия. Когда будут достигнуты критические температурные значения металла проводника и слоя изоляции , для охлаждения электроустановки с нее должно сниматься напряжение.
Защиты от перегруза, которые работают по термическому принципу выполняют эти функции:
1.Тепловые расцепители;
2. Предохранители.
Эти устройства воспринимают тепловую нагрузку и с определенной выдержкой времени настраиваются на ее отключение. Чуть выше тока перегрузки лежит уставка защит, выполняющих «мгновенную» отсечку нагрузки. На самом деле понятие «мгновенная» определяет действие за минимально возможный промежуток времени, за время чуть меньшее чем 0,02 секунды, выполняется отсечка защит для самых быстрых современных токовых защит.
Чаще всего в обычном режиме питания рабочий ток меньше номинального по своей величине.
В приведенном примере случай разобран для схем переменного тока. Для работы защит нет принципиального отличия соотношений между номинальным, рабочим током и выбором уставок в цепях постоянного напряжения.
Настройка автоматического выключателя для работы по номинальному току.
Наибольшее распространение в защитах бытовых электросетей и промышленных устройств получили автоматические выключатели, совмещающие в своей конструкции:
Работающие с выдержкой времени тепловые расцепители;
Отключающую очень быстро аварийный режим токовую отсечку.
Изготавливаются при этом автоматические выключатели на номинальный ток и напряжение, для работы в конкретных условиях определенной схемы по их величине выбираются защитные устройства.
Чтобы это выполнить определяются стандартами для разных конструкций автоматов 4 типа времятоковых характеристик. Обозначаются они латинскими буквами А, В, С, D и для гарантированного отключения аварий созданы с кратностью тока номинального режима от 1,3 до 14.
По времятоковой характеристике автоматический выключатель подбирается под определенный тип нагрузки, с учетом температуры окружающей его среды, например:
Системы освещения;
Полупроводниковые приборы;
Цепи, имеющие большую перегрузочную способность;
Схемы с умеренными пусковыми токами и смешанными нагрузками.
Из трех зон может состоять время токовая характеристика, показывается на рисунке, или же из двух зон (без средней).
На корпусе автомата можно увидеть обозначение номинального тока . На рисунке показывается выключатель, обозначена на котором величина 100 ампер . Означает это, что произойдет его срабатывание (отключение) не от номинального тока (100 А), а от его превышения.
Если предположить, что отсечка автомата настроена на кратность 3,5, то номинальный ток величиной 100х3,5=350 ампер и больше будет без выдержки времени ею остановлен.
Когда же на кратность 1,25 настроен тепловой расцепитель, то отключение произойдет через какое-то время (например, один час) при достижении значения 100х1,25=125 ампер, а схема будет этот период работать с перегрузом.
Необходимо учитывать, что другие факторы, связанные с поддержанием температурного режима защиты, также влияют на время отключения автомата (условия окружающей среды; от посторонних источников возможности нагрева или охлаждения; степень заполнения аппаратурой распределительного щитка).
Для обеспечения надежной защиты кабеля с помощью автоматического выключателя нужно учитывать некоторые особенности работы этого устройства и провести правильный подбор. Дело в том, что ток (I n), который указан в маркировке автомата, на самом деле является рабочим током, и его превышение в определенном диапазоне не вызывает немедленного отключения сети.
Номиналы автоматов для защиты кабеля электропроводки
Например, если маркировка С25, то это означает, что ток силой 25А может течь по этой цепи неограниченное время. Если превышение будет до 13% (28,5А), то отключение может наступить более чем через час работы, до 45% (36,25А) – менее часа. Для гарантированной защиты сети важно, чтобы повышенный ток не превышал допустимый ток в кабеле.
Такой алгоритм работы автомата, с одной стороны, снизит вероятность ложного срабатывания, но с другой – требует более обдуманно подойти к выбору автомата.
Правильный выбор автоматического выключателя – задача не простая, но от ее решения зависит безопасная эксплуатация дома или квартиры и уменьшение материальных затрат.
Параметры
Номинальный ток (I n)
Автоматические выключатели имеют стандартизованный ряд номинальных токов, это отражено в ГОСТ Р 50345–99, данные сведены в таблицу. Это длительные токи, текущие через автомат и не вызывающие его отключения. По таблице можно подобрать номинальный ток автоматического выключателя. В ней приведен стандартный ряд номинальных токов (I n) для автоматов, применяемых в России.
Стандартизированный ряд номинальных токов (In) для автоматов
| Номинальный ток А | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.5 | 1 | 1.6 | 2 | 2.5 | 3 | 4 | 5 | 6,3 (или 6) | |
| 8 | 10 | 16 | 25 | 31,5 (или 32) | 40 | 50 | 63 | ||
| 80 | 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | 320 | 400 | 500 | 630 |
| 800 | 1000 | 1600 | 2000 | 2500 | 4000 | 5000 | 6300 |
Однако на время отключения оказывает влияние температура окружающей среды и способ монтажа выключателя. Так, повышение температуры воздуха в месте установки автомата вызывает сокращение этого периода, понижение – удлиняет. Одиночно установленный выключатель имеет более длительный период, а установленный в группе – сокращенный, из-за влияния соседних автоматов.
Приведенная ниже таблица отражает информацию о токах, приводящих к отключению в длительной перспективе, она позволит выбрать необходимый номинал. Это нормируемые токи по ГОСТУ.
Нормируемые токи по ГОСТУ для выбора номинала автомата
| Характе- ристика срабаты- вания автоматов типа B, C, D | Номинал автомата | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6A | 10A | 13A | 16A | 20A | 25A | 32A | 40A | 50A | |
| Отклю- чение НЕ РАНЬШЕ, чем 1 час (1,13*In) | 6,78 A | 11,3 A | 14,69 A | 18,08 A | 22,6 A | 28,25 A | 36,16 A | 45,2 A | 56,5 A |
| Отклю- чение НЕ БОЛЬШЕ, чем 1 час (1,45*In) | 8,7 A | 14,5 A | 18,85 A | 23,2 A | 29 A | 36,25 A | 46,4 A | 58 A | 72,5 A |
По приведенной таблице можно сделать выбор автомата по току отключения. Например, известно, что кабель в открытой проводке с медной жилой сечением 4 мм 2 имеет допустимый ток 30А (т. 1.3.4-1.3.8. ПУЭ). Находим в таблице ближайший меньший ток отключения, это – 29А, значит, нам нужен автомат С20. Если выбрать автомат с номинальным током С25, то длительно протекающий ток в кабеле составит 36,25А, время отключение автомата может достигать 1 часа. За это время кабель может нагреться до значительной температуры, что вызовет оплавление изоляции. Если повторение такой ситуации не исключено, то это обязательно приведет к аварии.
Также невозможно без сложных измерений точно определить, при каком токе нагрузки сработает тот или иной конкретный экземпляр, но существует коридор, в котором гарантированно сработает любой экземпляр этого номинала.
Время-токовые характеристики
Эти характеристики представлены в виде графика, по которому можно довольно точно определить ток и время, когда произойдет гарантированное отключение устройства.
Графики для определения времени отключения автомата
Например, можно узнать, через какой промежуток времени произойдет отключение автомата типа С, если через него протекает ток в полтора раза больше номинального, т. е. I/I n =1,5. Проводим на графике вертикальную линию так, чтобы она пересекла область значений и от точек пересечения этой прямой с голубой зоной проводим горизонтальные линии до оси Y.
На оси Y видим время: минимальное – 50 сек., максимальное – в районе 6 мин. Значит, при двойном превышении тока этот кабель будет работать под такой нагрузкой до 6 мин.
Для определения токов отключения для других типов, B или D, следует провести горизонтальные линии до оси Y от соответствующих областей.
При коротком замыкании автоматы работают очень надежно, отключая сеть менее чем через 0,1 сек, за такой промежуток времени кабель не успевает заметно нагреться.
Если произошло аварийное отключение, не спешите включать автомат, сначала отключите мощные приборы, особенно нагревательные: утюг, кипятильник, электроплиту, микроволновку и т. д. Включайте автомат спустя 5–10 мин., если произошло повторное отключение, то лучше вызвать специалиста.
Кабели ГОСТ 31996–2012
При выборе автомата необходимо учитывать характеристики кабелей. Важнейшей является допустимый ток (I доп). Она показывает, при каком максимальном токе кабель может работать на протяжении всего срока службы. Данная таблица из ПУЭ содержит сведения о допустимых токах кабеля в зависимости от материала и условий прокладки кабелей.
Допустимые токи для кабеля в зависимости от материалов
| Открытая проводка | Сече- ние кабе- ля, мм2 | Закрытая проводка | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Медь | Алюминий | Медь | Алюминий | |||||||||
| Ток А | Мощ- ность, квт | Ток А | Мощ- ность, квт | Ток А | Мощ- ность, квт | Ток А | Мощ- ность, квт |
|||||
| 220 В | 380 В | 220 В | 380 В | 220 В | 380 В | 220 В | 380 В | |||||
| 11 | 2.4 | - | - | - | - | 0.5 | - | - | - | - | - | - |
| 15 | 3.3 | - | - | - | - | 0.75 | - | - | - | - | - | - |
| 17 | 3.7 | 6.4 | - | - | - | 1 | 14 | 3 | 5.3 | - | - | - |
| 23 | 5 | 8.7 | - | - | - | 1.5 | 15 | 3.3 | 5.7 | - | - | - |
| 26 | 5.7 | 9.8 | 21 | 4.6 | 7.9 | 2 | 19 | 4.1 | 7.2 | 14 | 3 | 5.3 |
| 30 | 6.6 | 11 | 24 | 5.2 | 9.1 | 2.5 | 21 | 4.6 | 7.9 | 16 | 3.5 | 6 |
| 41 | 9 | 15 | 32 | 7 | 12 | 4 | 27 | 5.9 | 10 | 21 | 4.6 | 7.9 |
| 50 | 11 | 19 | 39 | 8.5 | 14 | 6 | 34 | 7.4 | 12 | 26 | 5.7 | 9.8 |
| 80 | 17 | 30 | 60 | 13 | 22 | 10 | 50 | 11 | 19 | 38 | 8.3 | 14 |
| 100 | 22 | 38 | 75 | 16 | 28 | 16 | 80 | 17 | 30 | 55 | 12 | 20 |
| 140 | 30 | 53 | 105 | 23 | 39 | 25 | 100 | 22 | 38 | 65 | 14 | 24 |
| 170 | 37 | 64 | 130 | 28 | 49 | 35 | 130 | 29 | 51 | 75 | 16 | 28 |
Из этой таблицы можно найти необходимое сечение кабеля и допустимый ток в зависимости от условий прокладки проводки, открытая или зарытая. Например, мощность всех приборов в квартире 9 квт. Для открытой однофазной медной проводки сечение провода 4 мм 2 , ток 41А, для закрытой – ближайшее большее значение мощности 11 квт, сечение 10 мм 2 , ток 50А. Ближайший меньший номинал автоматического выключателя –32А.
Если существует сомнение в качестве электропроводки, то лучше проявить осторожность и выбрать автомат номиналом меньше, чем значение в таблице.
Квартирная сеть имеет разветвленную структуру: в каждой ветви будет протекать ток разной силы, поэтому провода имеют различное сечение. Если поставить один автомат только на входе, то он не сможет защитить отдельные участки проводки от перегрузки. Если всю сеть проложить кабелем одного сечения, то это неоправданные денежные затраты. Лучшим выходом будет установка на каждом участке автомата на соответствующий ток. На рисунке приведена примерная структура.
Установка автоматов на соответствующий ток
На рисунке четко видно нагрузку на каждом участке и сечение провода. Установив соответствующие автоматы, можно надежно защитить всю сеть от короткого замыкания или перегрузки. Кроме того, в любой момент имеется возможность выбрать и отключить тот или иной участок, сохранив работоспособность остальной сети.
При использовании в быту мощных асинхронных двигателей, особенно 3-фазных, например, электроинструментов, желательно их включать через отдельный автомат, так как они имеют большой пусковой ток, и при работе через общий автомат может произойти отключение сети даже при штатной работе оборудования.
Выбор сечения. Видео
Про выбор сечения кабеля и номинала автомата подробно можно узнать из этого видео.
Если выбор автоматического выключателя проводится для существующей сети, то в первую очередь надо знать сечение проводки, и уже по ней делать выбор. Если сеть еще не прокладывалась, то надо начинать с подсчета возможной нагрузки с учетом всех бытовых приборов, которые планируется подключать. Проводка служит при правильной эксплуатации 20-30 лет, за это время, скорее всего, в быту появятся новые приборы, поэтому следует предусмотреть запас по мощности процентов 20.
Ток, проходящий через автоматический выключатель, определяется по известному закону Ома величиной приложенного напряжения, отнесенного к сопротивлению подключенной цепи. Это теоретическое положение электротехники заложено в основу работы любого автомата.
На практике напряжение сети, например, 220 вольт поддерживается автоматическими устройствами энергоснабжающей организации в пределах нормативов, оговоренных государственными стандартами, меняется внутри этого диапазона незначительно. Выход его за пределы ГОСТ считается неисправностью, аварией.
Автоматический выключатель врезается в фазный провод электропитания светильников, розеток и других потребителей. Когда от розетки запитывают вначале электробритву, а затем моющий пылесос, то в обоих случаях через автомат протекает ток по замкнутому контуру между фазой и нулем.
Но, в первом случае он будет сравнительно небольшим, а во втором — значительным: эти приборы отличаются сопротивлением. Они создают разную нагрузку. Ее величину постоянно отслеживают защиты автомата, осуществляя ее отключения при отклонениях от нормы.
Как проходит ток через автоматический выключатель
Конструктивно автомат создан так, что ток воздействует на последовательно расположенные элементы. К ним относятся:
клеммы подключения проводов с зажимными винтами;
силовые контакты с подвижной и стационарной частью;
биметаллическая пластина теплового расцепителя;
электромагнит отсечки токов коротких замыканий;
соединительные токопроводы.
Путь тока через автоматический выключатель показан на картинке условными стрелками красного цвета.
Силовые подвижные контакты прижимаются к неподвижным, создавая непрерывную электрическую цепь только после поворота рычага управления вручную оператором. Обязательным условием включения является отсутствие аварийных ситуаций в коммутируемой схеме. Если они появятся, то сразу начинают работать защиты на автоматическое отключение. Другого способа включить автомат не существует.
А вот разорвать эти контакты, обесточив подачу потенциала фазы к потребителям, можно двумя способами:
вручную, возвратив в исходное положение рычаг управления;
автоматически от срабатывания защит.
Как создаются и работают конструктивные элементы автоматического выключателя
Силовые контакты
Они, как и вся конструкция автоматического выключателя, рассчитаны на передачу строго ограниченной мощности. Превышать ее нельзя, ибо в противной случае автомат выйдет из строя — сгорит.
Технической характеристикой, ограничивающей максимальную мощность, проходящую через силовые контакты, является показатель, называемый «Предельная отключающая способность». Его обозначают индексом «Icu».
Значение предельной отключающей способности автоматического выключателя задается при его проектировании из стандартного ряда токов, измеряемого обычно в килоамперах. Например, Icu может быть равно 4 или 6 либо даже 100 или более кА.
Эта величина указывается прямо на лицевой стороне корпуса автомата, как и другие характеристики настроек значений токов.
Итак, через силовые контакты показанного на картинке автомата может безопасно проходить электрический ток от нуля до 4000 ампер. Сам АВ его нормально выдержит и отключит при возникновении аварийной ситуации внутри подключенной электропроводки с потребителями.
С этой целью введено разграничение протекающих через силовые контакты токов на:
1. номинальные и рабочие;
2. аварийные, включающие перегрузку и короткие замыкания.
Что такое номинальный ток автоматического выключателя
Любой автомат создается для работы при определенных технических условиях. Он должен надежно обеспечивать прохождение рабочего тока нагрузки, протекающего как по электрической проводке, так и по подключенным потребителям.
При выборе автомата для бытовой сети пользователи часто учитывают токопроводящие свойства проводки или только мощность электрических приборов, совершая ошибку: необходимо комплексно анализировать оба этих вопроса. Ибо, выключатель — это автоматическое устройство, которое уже налажено под срабатывание при достижении определённых значений тока.
Когда эти условия еще не наступили, а рабочий ток через автомат меньше. чем нижняя граница отключения, то силовые контакты надежно замкнуты. Верхний предел этого рабочего диапазона принято называть номинальным током, обозначая In.
Показанная на картинке цифра «16» обозначает, что проходящие через силовые контакты токи включительно до 16 ампер будут надежно передаваться автоматическим выключателем к подключённым потребителям через электрические провода.
Как работают защиты
Все токи, большие чем номинальное значение, приводят к срабатыванию защит. Их называют токами срабатывания, обозначают Iср.
Для автоматического отключения внутри корпуса автомата смонтировано два вида устройств, работающих по разным принципам отключения:
1. нагрева и изгиба биметалла с выводом механической защелки из зацепления;
2. выбиванием защелки механическим ударом сердечником электромагнита.
Тепловой расцепитель
Он работает за счет изгиба биметаллической составной пластины при нагреве от проходящего через нее тока, а охлаждается за счет отвода тепла в окружающую среду.
К этому расцепителю прикладывается тепловая энергия, создаваемая электрическим током по проходящему биметаллу. Ее величина, как нам известно из закона Джоуля-Ленца, зависит от:
1. электрического сопротивления цепи;
2. силы протекающего тока;
3. и времени его воздействия.
Из этих трех параметров электрическое сопротивление в установившемся процессе практически не меняется. Его учитывают только при теоретических расчетах. При коммутациях нагрузки резко изменяется ток. Поэтому важнее два других параметра:
1. величина электрического тока;
2. время его протекания.
Для учета его величины при правильной настройке и работе автоматического выключателя используют специальные приборы — измерители сопротивления этой петли.
Их замер позволяет учесть поправку, вносимую дополнительным сопротивлением проводов, а значит — точно учитывать токи, проходящие в аварийном режиме через силовые контакты и защиты автоматического выключателя.
Как автоматический выключатель проверяется на проходящие через него токи
После изготовления на производстве до момента установки в электрическую схему продукция любого производителя может транспортироваться на большие расстояния или длительно храниться на складах. За это время возможно снижение ее качества, связанное с нарушением технических характеристик.
Поэтому автоматические выключатели при монтаже в схему до ввода ее в работу должны подвергаться проверке на исправность, которую принято называть прогрузкой.
Для этого в электролаборатории собирается специальная схема прогрузки автомата или используется одна из многочисленных конструкций стационарных или переносных стендов.
Автоматический выключатель проверяется по номинальному току, указанному на корпусе. Он должен длительно выдерживать его величину.
Затем автомат подвергают перегрузкам и токам коротких замыканий, которые он должен выдерживать при эксплуатации. При этом четко замеряются и фиксируются:
1. токи срабатывания защит теплового расцепителя и токовой отсечки;
2. времена отключения автомата от момента имитации аварийной ситуации.
Некоторые конструкции автоматов позволяют регулировать выходные параметры при прогрузке. Например, отдельные виды тепловых расцепителей имеют винтовое крепление, позволяющее корректировать уставку срабатывания биметаллической пластины в определенных пределах.
Все замеренные характеристики фиксируются с высокой точностью измерительными приборами и заносятся в протокол проверки, сравниваются с требованиями ГОСТ. После их анализа выдается свидетельство с заключением о пригодности.
Прогрузка автомата под нагрузкой позволяет выявить брак, предотвращает случаи возможных пожаров и электрических травм.
Таким образом, токи, проходящие через автоматические выключатели, учитываются при проектировании, производстве, испытаниях и эксплуатации. Для этого введены термины, учитываемые требованиями ГОСТ:
номинальный ток;
перегрузка;
ток короткого замыкания;
ток срабатывания защиты;
время отключения неисправности.