Выбор автоматического выключателя: виды и характеристики электрических автоматов

Наверное, многие задавались вопросом, почему автоматические выключатели в такой короткий срок вытеснили из схем привычные плавкие предохранители? Их массовое распространение легко объяснить: у автоматов есть ряд преимуществ, в том числе возможность подобрать защиту, точнее соответствующую конкретным время‑токовым характеристикам оборудования.

Не знаете, какой автомат лучше приобрести и как правильно сделать выбор? В этой статье вы найдёте понятную классификацию таких устройств и перечень важнейших параметров, на которые стоит опираться при подборе автоматического выключателя.

Чтобы облегчить восприятие материала, текст дополнен наглядными фотографиями и практическими видеосоветами от специалистов.

Классификация автоматических выключателей

Автоматический выключатель способен почти мгновенно обесточить линию, предотвращая повреждение кабелей и подключённой техники. После срабатывания ветку можно сразу же восстановить в работу без замены защитного элемента.

При выборе автомата обычно ориентируются на четыре основных параметра: номинальную отключающую способность, количество полюсов, время‑токовую характеристику и номинальный рабочий ток.

По номинальной отключающей способности

Этот параметр показывает, какой максимальный ток короткого замыкания (КЗ) устройство способно прервать — при достижении этого значения автомат срабатывает и разрывает цепь, обесточивая провода и подключённые приборы.

В зависимости от этого показателя автоматы делят на три категории — 4,5 кА, 6 кА и 10 кА.

1. Автоматы на 4.5 кА (4500 А) как правило применяют для защиты силовых линий в частных домах. Сопротивление участка от подстанции до места КЗ обычно около 0,05 Ом, что даёт предельный ток в районе 500 А.
2. Устройства на 6 кА (6000 А) используют для защиты в жилых зданиях и общественных помещениях, где сопротивление линий может быть порядка 0,04 Ом, в результате чего вероятность возникновения замыкания доходит до примерно 5,5 кА.
3. Выключатели на 10 кА (10000 А) предназначены для промышленных электросетей. Токи до 10000 А возможны при коротких цепях, расположенных близко к подстанции.

Перед тем как остановиться на каком‑то варианте, важно оценить, возможны ли в вашей сети токи КЗ, превышающие 4,5 кА или 6 кА.

Номинальную отключающую способность указывают в документации и на корпусе прибора в виде обозначения — 4500А, 600А, 10000А либо 4,5кА, 6кА, 10кА. На лицевой панели также обычно есть данные о производителе, модели, номинальном напряжении, сведения о время‑токовой характеристике и рабочем токе.

Автомат размыкает цепь при возникновении КЗ соответствующей величины. Для бытовых нужд чаще всего рекомендуют автоматы с рассчитанными на 6000 А.

Модели с отключающей способностью 4500 А в современных сетях применяются редко, а в ряде стран их вообще не допускают к эксплуатации.

Если вы хотите разобраться, как правильно переводить амперы в ватты, ознакомьтесь с материалом в следующей статье.

При мгновенном отключении КЗ срабатывает электромагнитная катушка (ситуация A). Если токи лишь превышают номинал и растут постепенно, срабатывание обеспечивает биметаллическая пластина (ситуация Б).

Назначение автоматического выключателя — защитить проводку от коротких замыканий и от оплавления изоляции при протекании токов выше допустимых, а не напрямую защищать оборудование или людей.

По количеству полюсов

Этот параметр показывает, сколько проводников максимально можно защищать одним автоматом.

Отключение полюсов происходит при возникновении аварийной ситуации — превышении допустимого тока или срабатывании в соответствии с время‑токовой кривой.

Этот показатель определяет максимальное число проводников, которые может контролировать автомат. Их отключение производится при возникновении критических условий: превышения тока или выхода за рамки заданной время‑токовой характеристики.

Галерея изображений

Однополюсные автоматические выключатели устанавливаются на вход каждой отдельной линии однофазной сети

Двухполюсные автоматы располагают в щитках однофазных сетей для полного отключения питания всех линий

Трехполюсные отключающие автоматические устройства применяются для разрыва трехфазной линии
Четырехполюсной автоматический выключатель отключает трехфазную линию и рабочий ноль
Специфика однополюсных автоматов
Место установки двухполюсного автомата
Использование трехполюсных автоматов
Установка четерехполюсного автомата

Однополюсные автоматические выключатели

Однополюсный автомат — самая простая разновидность. Он защищает отдельные цепи и применяется в однофазных, иногда в двухфазных и трехфазных схемах. Конструкция позволяет подсоединить два проводника: питающий и отходящий.

Основная задача такого устройства — предохранение проводки от перегрева и возгорания. Нулевая шина остаётся вне автомата, поэтому нейтраль обычно подводят напрямую на нулевую шину, а провод заземления подключают к шине заземления отдельно.

Однополюсные автоматы подключают одно‑ или двухжильным проводом: питание подаётся сверху, защищаемая линия выводится снизу, что упрощает монтаж. Установка выполняется на din‑рейку шириной 18 мм.

Однополюсный автомат не рекомендуется использовать в качестве вводного: при его отключении разрывается только фазный провод, а нейтраль остаётся под напряжением, поэтому такая схема не обеспечивает полноценной защиты.

Двухполюсные автоматические выключатели

Если требуется полностью обесточить сеть, применяют двухполюсный автомат.

Его устанавливают как вводный аппарат: при коротком замыкании или неисправности он обесточит всю проводку одновременно, что делает безопасными работы по ремонту и обслуживанию.

Двухполюсные автоматы также выбирают для отдельных однофазных потребителей — например, водонагревателей, бойлеров или станков.

Подключение выполняют в соответствии с электрической схемой защиты с использованием одно‑ или двухжильного кабеля (число жил определяется схемой). Монтаж рассчитан на din‑рейку шириной 36 мм.

Как правило, к такому автомату подводят четыре провода: два — питающие (один из них непосредственно подключён к сети, второй — через перемычку) и два — отходящие, которые нуждаются в защите; при этом отходящие линии могут содержать от 1 до 3 проводников.

Трехполюсные автоматические выключатели

Для охраны трехфазной сети из 3 или 4 проводов применяют трехполюсные автоматы. Они подходят для схемы «звезда» (нейтральный провод при этом обычно остаётся вне защиты, а фазные подключают к полюсам) или «треугольник» (без центрального проводника).

При аварии на одной фазе автоматически отключаются и остальные две фазы.

Трехполюсный автомат подключают одно‑, двух‑ или трёхжильными проводами. Для монтажа требуется din‑рейка шириной 54 мм.

Такие выключатели часто используют как вводные для различных типов трёхфазных нагрузок и особенно широко применяют в промышленности для питания электродвигателей.

К одному устройству можно подключить до шести проводов: три из них — фазные сети, ещё три — защищаемые отходящие линии (три однофазные или одна трёхфазная линия).

Четырехполюсные автоматические выключатели

Четырёхполюсные автоматы служат для защиты трёхфазных систем с нулевым проводом, например мощных двигателей, подключённых по схеме «звезда» с выведенной нулевой точкой. Их обычно ставят в качестве вводного аппарата на трёхфазную четырехпроводную сеть.

Подключение может выполняться одно‑, двух‑, трёх‑ или четырёхжильным кабелем в зависимости от схемы; корпус монтируют на din‑рейку шириной 73 мм.

На клеммы корпуса допускается подвести до восьми проводников: три фазных и один нулевой, а также четыре отходящих провода (три фазных и один нейтральный).

Однофазные потребители получают 220 В между одной из фаз и нулём. Поскольку у трёхфазной сети есть ещё и нулевой провод, для полной защиты и коммутации такой схемы применяют именно четырёхполюсные автоматы, разрывающие все четыре проводника.

По время‑токовой характеристике

Автоматы с одинаковым номиналом по току могут вести себя по‑разному в эксплуатации: у разных потребителей профиль потребления отличается.

Мощность, потребляемая приборами, может меняться — неравномерно, в зависимости от типа нагрузки, а также при включении, выключении или в ходе нормальной работы устройства.

Колебания тока порой значительны, и диапазон изменений широк, что может привести к срабатыванию автомата из‑за кратковременного превышения номинала — это называется ложным отключением.

Чтобы снизить риск ненужного срабатывания при обычных, не аварийных возрастаниях тока, применяют автоматы с определёнными время‑токовыми характеристиками (ВТХ).

Это позволяет использовать выключатели с одинаковыми токовыми номиналами в самых разных условиях эксплуатации без частых ложных отключений.

Время-токовые характеристики (ВТХ) демонстрируют, за какой промежуток времени сработает автоматический выключатель и при каком отношении протекающего тока к его номиналу это произойдёт.

Особенности автоматов с характеристикой B

Автоматы с буквой B срабатывают относительно медленно — обычно в интервале около 5–20 секунд при токах, превышающих номинал в 3–5 раз. Такие устройства предназначены для защиты линий, питающих типичные бытовые приборы.

Наиболее часто их устанавливают в электросетях квартир и частных домов.

Характеристика C — принципы работы

Выключатели с маркировкой C реагируют быстрее: отключение происходит примерно за 1–10 секунд при пиковых токах, в 5–10 раз превышающих номинал.

Эти аппараты применяются в самых разных областях — в быту, строительстве и промышленности, однако особенно востребованы для защиты электрических сетей жилых помещений.

Эксплуатация выключателей с характеристикой D

Автоматы D-класса обычно используются в промышленности; их выпускают в трёх- и четырёхполюсном исполнении. Они служат для защиты мощных электродвигателей и другого трёхфазного оборудования.

Время срабатывания у таких выключателей составляет порядка 1–10 секунд при токах, превышающих номинал в 10–14 раз, что делает их пригодными для защиты силовых линий.

На графике по горизонтальной оси отложена кратность номинального тока, а по вертикали — время отключения: для В отключение происходит при превышении в 3–5 раз, для C — при 5–10-кратном превышении, для D — при 10–14-кратном.

Очень мощные промышленные электродвигатели, как правило, подключают именно через автоматы с характеристикой D.

Возможно, вам будет интересно также ознакомиться со статьёй о маркировке автоматических выключателей.

По номинальному рабочему току

Существует несколько модификаций автоматических выключателей, различающихся по номинальному рабочему току — например: 1А, 2А, 3А, 6А, 10А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А. Этот параметр определяет скорость срабатывания автомата при превышении фактического тока над номинальным.

Таблица показывает максимально допустимую мощность для каждой модели в зависимости от схемы подключения и напряжения сети. Наибольшая отдача достигается при подключении нагрузки треугольником.

Выбор по этому критерию выполняют, исходя из допустимого тока проводки — той величины, которую проводка может устойчиво пропускать в нормальном режиме. Если этот показатель неизвестен, его вычисляют по формулам с учётом сечения жилы, материала проводника и способа прокладки.

Автоматы 1А, 2А и 3А применяют для защиты цепей с малыми токами. Они подходят для питания ограниченного набора приборов — например, нескольких ламп или люстры, маломощного холодильника и т.п., когда суммарная нагрузка не превышает возможностей автомата.

Выключатель на 3А может эффективно работать и в промышленном применении при трёхфазном подключении по схеме треугольника.

Аппараты номиналом 6А, 10А и 16А уместно использовать для питания отдельных линий, небольших комнат или квартир.

Эти же модели находят применение и в промышленности: с их помощью питают электродвигатели, соленоиды, нагревательные элементы, сварочные аппараты, подключённые отдельными линиями.

Трёх- и четырёхполюсные автоматы на 16А часто используют в качестве вводных при трёхфазном питании. На производстве нередко отдают предпочтение приборам с D-кривой.

Автоматы 20А, 25А и 32А применяют для защиты современной квартирной проводки; они способны обеспечить питание стиральных машин, обогревателей, сушилок и другой мощной бытовой техники. Модель 25А часто ставят в качестве вводного автомата.

Выключатели с номиналом 40А, 50А и 63А относятся к аппаратам высокой мощности. Их применяют для питания силового оборудования большой мощности в быту, промышленности и гражданском строительстве.

Выбор и расчет автоматических выключателей

Понимая характеристики автоматических выключателей, можно подобрать подходящую модель под конкретные задачи. Однако перед окончательным выбором нужно выполнить расчёты, которые помогут определить оптимальные параметры устройства.

Шаг #1 — определение мощности автомата

При выборе автомата учитывают суммарную мощность подключаемых приборов.

Например, требуется подобрать автомат для кухонной группы. Представим, что к линии подключаются: кофеварка 1000 Вт, холодильник 500 Вт, духовка 2000 Вт, микроволновка 2000 Вт и электрочайник 1000 Вт. Суммарная мощность составит 1000+500+2000+2000+1000 = 6500 Вт, то есть 6,5 кВт.

В таблице приведены номинальные мощности распространённых бытовых приборов, необходимые для их работы. На основе этих данных выбирают сечение силового кабеля и автомата для защиты линии согласно нормативам.

Если сопоставить данные таблицы по мощности подключения и принять стандартное бытовое напряжение 220 В, то для такого набора приборов подойдёт однополюсный или двухполюсный автомат на 32А с расчётной мощностью около 7 кВт.

Стоит предусмотреть резерв: в реальной эксплуатации возможно подключение дополнительных приборов, которые изначально не были учтены. Для этого при расчётах вводят коэффициент запаса.

Допустим, к общей нагрузке добавится ещё 1,5 кВт. В этом случае используют коэффициент 1,5 и умножают его на рассчитанную мощность.

Иногда уместно применить понижающий коэффициент — когда одновременная работа нескольких приборов невозможна.

Например, если суммарная мощность для кухни оценена в 3,1 кВт, понижающий коэффициент принимают равным 1, поскольку ожидается минимальное число приборов, включённых одновременно.

Если какой‑то прибор никогда не будет включаться одновременно с другими, для него берут коэффициент меньше единицы.

Шаг #2 — расчет номинальной мощности автомата

Номинальная мощность — это мощность, при которой автомат не отключается в нормальном режиме.

Она вычисляется по формуле:

M = N * CT * cos(φ),

• M – мощность (Ватт);
• N – напряжение электросети (Вольт);
• СТ – сила тока, способная пройти через автомат (Ампер);
• cos(φ) – косинус угла сдвига между током и напряжением.

На практике значение cos(φ) часто принимают равным 1, поскольку угол сдвига между током и напряжением в большинстве бытовых схем незначителен.

Из формулы выражаем СТ:

CT = M/N,

Мощность у вас уже определена, а напряжение сети обычно принимают за 220 В.

Например, если суммарная мощность равна 3,1 кВт, то:

CT = 3100/220 = 14.

Получаем расчетный ток около 14 А.

Для трёхфазной нагрузки используется та же формула с учётом возможных угловых сдвигов, значения которых обычно указываются на подключаемом оборудовании.

Шаг #3 — вычисление номинального тока

Номинальный ток можно получить из документации на проводку. Если документов нет, его определяют по параметрам проводника.

Для расчёта потребуются данные:

• площадь поперечного сечения жилы;
• материал жилы (медь или алюминий);
• способ прокладки кабеля.

В бытовых задачах проводку обычно прокладывают скрыто в стене.

Чтобы определить площадь сечения, пригодится микрометр или штангенциркуль. Измеряют только диаметр токопроводящей жилы, не принимая во внимание изоляцию.

После измерений площадь сечения вычисляют по формуле:

S = 0,785 * D * D,

• D — диаметр проводника (мм);
• S — площадь сечения проводника (мм 2 ).

Далее сверяются с таблицей соответствия.

Определив материал жил и вычислив площадь сечения, можно установить допустимый рабочий ток и мощность, которые выдерживает проводка. Приведённые значения относятся к проводке, скрытой в стене.

Исходя из полученных данных подбирают рабочий ток автомата и его номинал — он должен быть равен или чуть меньше рабочего тока. В отдельных случаях допускается применение автоматов с номиналом, превышающим рабочий ток проводки.

Шаг #4 — определение время-токовой характеристики

При выборе ВТХ важно учитывать пусковые (стартовые) токи подключаемых нагрузок.

Необходимые сведения можно получить из соответствующей таблицы.

В таблице указаны некоторые типы электрических устройств, их кратность пускового тока и длительность импульсов в секундах.

По этим данным можно оценить величину тока при включении прибора (в амперах), а также периодичность повторения таких пиков.

Так, если взять электрическую мясорубку мощностью 1,5 кВт, по таблице определим её рабочий ток (примерно 6,81 А). Умножив это значение на коэффициент пускового тока (до 7 раз), получаем стартовый ток 6,81 * 7 = 48 (А).

Токи такой силы могут повторяться с периодичностью 1–3 секунды. Сравнив это с графиками ВТХ для класса B, видно, что при перегрузке автомат с характеристикой B сработает в первые секунды после запуска мясорубки.

Исходя из этих данных, кратность стартового тока соответствует классу C, поэтому для обеспечения стабильной работы электрической мясорубки целесообразно применять автомат с характеристикой C.

В домашних электроцепях чаще всего устанавливают автоматические выключатели с характеристиками В и С. Для промышленного оборудования, где при запуске (например, у двигателей или блоков питания) возникают многократные броски тока — до 10-кратного значения — целесообразно применять модификации типа D.

При этом важно принимать во внимание не только тип характеристики, но и мощность подключаемой нагрузки, а также длительность самого пускового тока.

Автономные автоматические выключатели отличаются от стандартных тем, что их размещают в отдельном распределительном щите, обеспечивая обособленную защиту конкретных участков сети.

Основная задача таких приборов — охрана электрической цепи от неожиданных скачков напряжения и оперативное отключение питания на всей линии или на её отдельном участке при возникновении неисправности.

Выводы и полезное видео по теме

О том, как подобрать автомат по его токовой характеристике и о примере расчёта пускового тока, можно узнать из следующего видеоролика:

Пошаговый расчёт номинального тока автоматического выключателя показан в этом видео:

Автоматы обычно ставят на вводе в дом или квартиру, устанавливая их в прочные пластиковые боксы. Наличие такого устройства в домашней электросети существенно повышает уровень безопасности: при превышении предельных параметров сети автомат своевременно отключает линию.

Учитывая ключевые характеристики автоматических выключателей и выполнив точные расчёты, можно правильно выбрать и установить подходящий аппарат.

Если у вас есть практические навыки или теоретические знания в области электромонтажа, поделитесь ими с читателями. Оставляйте свои замечания и рекомендации по выбору и установке автоматических выключателей в комментариях ниже.

Видео:

Какие автоматы выбрать в 2024 году для сборки электрощита?