Что такое предельная отключающая способность автоматических выключателей

7.3.2. Наибольшая предельная отключающая способность (Icu или Icn)

Отключающая способность автоматического выключателя – это действующее значение максимального (ожидаемого) тока, который данный автоматический выключатель способен отключить и остаться в работоспособном состоянии. Эта номинальная величина (Icu) для промышленных автоматических выключателей и (Icn) для бытовых автоматических выключателей обычно указывается в кА.

Испытания для подтверждения номинальных отключающих способностей автоматических выключателей регламентируются стандартами и включают:

— коммутационные циклы, состоящие из последовательности операций, т.е. включения и отключения при коротком замыкании,

— определенный фазовый сдвиг между током и напряжением.

Когда ток в цепи находится в фазе с напряжением питания (cos φ = 1), отключение тока осуществить легче, чем при любом другом коэффициенте мощности. Гораздо труднее осуществлять отключение тока при низких отстающих величинах cos φ , при этом отключение тока в цепи с нулевым коэффициентом мощности является самым трудным случаем.

На практике все токи короткого замыкания в системах электроснабжения возникают обычно при отстающих коэффициентах мощности, и стандарты основаны на значениях, которые обычно считаются типичными для большинства силовых систем. В целом, чем больше ток короткого замыкания (при данном напряжении), тем ниже коэффициент мощности цепи короткого замыкания, например, рядом с генераторами или большими трансформаторами.

В таблице2, взятой из стандарта МЭК 60947_2, указаны соотношения между стандартными величинами cos φ для промышленных автоматических выключателей и их отключающей способностью Icu.

После проведения испытательного цикла на Icu «отключение – выдержка времени — включение — отключение» (два отключения подряд) выполняются проверки, имеющие целью убедиться в том, что такие параметры, как:

— выдерживаемая выключателем диэлектрическая прочность,

— разъединяющая (изолирующая) способность (функция разъединителя),

-правильное срабатывание защиты от перегрузки

не ухудшились в результате проведения этого испытания.

7.3.3. Наибольшая рабочая отключающая способность (Ics)

Предельная отключающая способность (Icu) или (Icn) представляет собой действующее значение максимального тока короткого замыкания, который автоматический выключатель может успешно отключить без повреждения. Вероятность возникновения такого тока крайне мала и в нормальных обстоятельствах токи короткого замыкания гораздо ниже номинальной отключающей способности (Icu) автоматического выключателя. С другой стороны важно, чтобы большие токи (имеющие низкую вероятность) выключались бы так, чтобы этот автоматический выключатель был бы сразу готов для повторного включения тока после восстановления поврежденной цепи. Именно по этим причинам для промышленных автоматических выключателей была введена новая характеристика (Ics), выраженная в процентах от Icu: 25, 50, 75 и 100%. Стандартная последовательность испытаний является следующей:

O — ВO — ВO (при токе Ics), т.е. три отключения подряд.

После этого испытательного цикла автоматический выключатель должен находиться в работоспособном состоянии и быть готовым к нормальной эксплуатации.

В Европе обычной практикой в промышленности является Ics =100%, т.е. Ics = Icu.

Номинальная включающая способность (Icm)

Icm – величина максимального мгновенного значения тока (ударного тока), который данный автоматический выключатель может включить при номинальном напряжении в оговоренных условиях эксплуатации. В системах переменного тока эта мгновенное пиковое значение связано с Icu (т.е. с номинальным предельным током отключения) ударным коэффициентом k, зависящим от коэффициента мощности (cosφ) контура короткого замыкания (табл.2).

Таблица 2. Соотношение между наибольшей отключающей способностью Icu и номинальной включающей способностью Icm при разных величинах коэффициента мощности цепи КЗ (стандарт МЭК 60947).

Ссылки по теме
«Энергетика предприятий»

Столкнулся с тем, что не все понимают что такое Предельная отключающая способность у автоматических выключателей (Далее по тексту — АВ.). Ниже очень краткий рассказ о ней.
Определение:
Icu – предельная отключающая способность, это максимально допустимое для данного АВ. значение тока короткого замыкания (КЗ), протекающего через него без дальнейшей потери работоспособности. По-другому говоря, если через АВ. пройдет ток КЗ, превышающий указанную для него предельную отключающую способность, производитель не гарантирует, что данный электроаппарат будет способен в дальнейшем выполнять свои защитные функции.
Рассмотрим 2 основных причины влияющих на величину тока К.З.
1. Возьмём 2 проводка и пальчиковую батарейку от фонарика. И устроим К.З.. Если нет яркого солнца, то при замыкании проводков мы увидим искру. Затем с теми же проводками подходим к аккумулятору автомобиля и устраиваем К.З. там и наблюдаем за «искоркой». Итак, первое, что влияет на величину тока К.З. это источник питания. Обычно таким источником является трансформатор, понижающий напряжение с «высокого» до 380 вольт. Его характеристики (мощность и т.д.) и влияют на токи К.З..
2. Второе, что влияет на величину тока К.З. это сопротивление всех участков цепи , по которой и протекает ток К.З. Величина этого сопротивления мала по сравнению с расчетным режимом (отсутствует сопротивление нагрузки), но оно есть. Сопротивление в проводах, сопротивление в болтовом соединении кабель-трансформатор, сопротивление горящей дуги в месте К.З. и так далее.; — сумма сопротивлений всех участков цепи и оказывает токоограничивающее действие.

Что будет, если величина тока К.З. протекающая через автомат будет больше чем та, на которую он рассчитан?
В этом случае система гашения дуги на расходящихся контактах автомата не сможет рассеять выделяющуюся энергию и автоматический выключатель взорвется.
Как часто в Вашей практике встречались Вы с взрывами АВ?
Все дело в том, что обычно встречаются К.З. в которых большая часть энергии К.З. выделяется в месте где и произошло К.З.(Обычно в этом месте плохой контакт, и большое сопротивление) или цепь защищена правильно. А про взрыв АВ при К.З. мне известен только 1 случай. Нужно помнить о возможности взрыва и учитывать её при выборе АВ.

Если рассматривать 2 аналогичных автомата с меньшей и большей предельной отключающей способностью, то они обязательно отличаются конструктивно.
У автомата с большей предельной отключающей способность или более массивные силовые контакты, или более тугоплавкие силовые контакты, или контакты с меньшим сопротивлением, или более мощная система гашения дуги, или больше скорость разведения контактов (позволяющее разомкнуть электрическую цепь быстрее, чем ток К.З. достигнет своего максимального значения), или что-то ещё. И эти конструктивные отличия позволяют автомату разомкнуть цепь с большей величиной тока К.З.
Сравним стоимость по прайсу АВ на номинальный ток 100 А, 3 полюсных, марки DPX, производства Легранд с разной отключающей способностью
36 Ка- DPX = 14432,34 рублей
70 Ка — DPX H= 15932,56 рублей
100 Ка — DPX L= 27312,07 рублей
Однозначно видно, что большая отключающая способность – это большая стоимость. Поэтому и предлагается широкий спектр номиналов АВ по отключающей способности. А потребитель, рассчитав ток К.З. в месте установки автомата, выберет наиболее подходящий и дешевый вариант из большого ряда предлагаемых вариантов.

Как выбрать автомат 4,5кА, 6кА или 10кА на примере Eaton PL4, PL6 и PL7

Как выбрать автомат 4,5кА, 6кА или 10кА на примере Eaton PL4, PL6 и PL7

При выборе модульного «автомата» Вы обязательно наткнетесь на параметр «отключающая способность». Он обозначается в килоамперах (кА) и означает величину тока, которую он выдержит при возникшем коротком замыкании, при этом сохранив свою работоспособность. Т.е., сработает на отключение, а не сгорит.

Вы можете найти у одного и того же бренда одинаковый номинал с разной отключающей способностью. В продаже представлены бытовые модели со значениями этого параметра на 4,5кА, 6кА и 10кА (все, что больше — уже промышленного назначения). Причем чем выше этот показатель, тем выше цена «модульки».

Например, Eaton (до покупки американской корпорацией известный как Moeller) предлагает три серии: PL4 с отключающей способностью 4,5кА, PL6 и PL7 (на 6кА и 10кА соответственно).

Чтобы проиллюстрировать разницу между автоматами, используем интернет-магазин«АксиомПлюс». Итак, ценники на момент подготовки материала (февраль 2018 года в переводе на валюту):

— PL4-C16/1 — 2,9 долларов,

— PL6-C16/1 — 3,61 долларов,

— PL7-C16/1 — 6,25 долларов.

Разница между стоимостью первых двух уже заметная, около 20%, а модель на 10кА обойдется и вовсе в 2 раза дороже, чем на 4,5кА.

Чем вызвана разница? И нужно ли при поиске модульных устройств защиты платить больше, гоняясь за самой высокой отключающей способностью?

В каких случаях выбрать 4,5кА, 6кА и 10кА

В основной массе используют градацию значений 4,5кА, 6кА и, реже, 10кА. Эти цифры указаны производителем в прямоугольнике на лицевой панели корпуса.

Что они обозначают: к примеру, в щитке установлен автоматический выключатель на 4,5кА. При возникновении на данном участке цепи короткого замыкания до 4,5кА он эффективно сработает, разорвет аварийную электроцепь и при этом не выйдет из строя. В случае, когда ток КЗ превысил предельное значение, гарантируемое заводом-изготовителем, вероятно, что автомат оплавится или сгорит, не успев выполнить свою задачу.

Поэтому при выборе номинала определите вероятность возникновения аварийных значений, превышающих 4,5кА или 6кА.

Согласно ПУЭ (гл. 3.1; 1.7; 7.1; раздел 6), в сетях до 1000В для надежного отключения автомат должен соответствовать максимальному току КЗ. Если не углубляться в расчеты КЗ, можно как пример взять обобщенные условия по монтажу в многоквартирных домах:

— на 4,5кА — отходящие в квартирных щитках;

— на 6кА — вводные в квартирных щитках;

— на 10кА — отходящие в вводно распределительных устройствах (на вводе питающей линии в дом).

Почему так — давайте внесем ясность. Дело в том, что величина тока (в том числе и КЗ) в проводнике обратно пропорциональна величине сопротивления (все помнят Закон Ома из школьного курса физики?) — т.е., она тем ниже, чем выше сопротивление.

В свою очередь, сопротивление проводки находится в прямой зависимости от ряда факторов, среди которых близость подстанции (чем ближе, тем выше значения токов короткого замыкания могут возникнуть), материал проводки, качество соединений.

Для предотвращения аварийных ситуаций в домах старого жилого фонда, в сельских районах и дачных домиках, где видавшая виды проводка выполнена из алюминиевого кабеля, чаще всего можно встретить маркировку 4,5кА. Этого хватает.

В многоквартирных новостройках, где выполнена хорошая проводка с использованием медных проводов (медный кабель обладает меньшим сопротивлением, чем алюминиевый), абсолютные значения токов короткого замыкания потенциально увеличиваются. Здесь желательно предусмотреть электрическую прочность до 6кА. Кстати, спрос на 6кА «автоматы» прогнозируемо растет.

Что же с самыми дорогими на 10кА? Принято считать исключительную уместность для защиты промышленных установок. Однако токи таких величин вполне могут образоваться в непосредственной близости от электроподстанции. Поэтому для защиты электролиний коттеджей, таунхаусов и других построек на 2-3 этажа, особенно расположенных поблизости от трансформаторной подстанции, выбор вводных автоматов на 10кА — разумное решение.

Под чьей маркой покупать

Интересно, что в зависимости от параметра отключающей способности ассортимент низковольтного оборудования у известных брендов довольно отличается.

Допустим, Вы решили ограничиться 4,5кА. Будьте готовы к тому, что днем с огнем не найдете таких моделей у нескольких ведущих производителей низковольтного оборудования — например, ABB, General Electric, Hager.

Дело в том, что в странах Европы не используется модулька с отключающей способностью ниже 6кА, как не соответствующая их более высоким стандартам безопасности.

Другие бренды выпускают серии на 4,5кА специально для рынка СНГ. Например, разрекламированная линейка «Домовой» от Schneider Electric. Не проблема найти такой и у IEK.

Как правило, это устройства с удешевленной конструкцией. Так, у Legrand и Schneider Electric не предусмотрен выход для подключения шины гребенки. А окошко индикации состояния контактов выполнено только у Eaton и у недорого IEK (кстати, к чести производителя).

Во многих магазинах электротехники аппараты на 4,5кА составляют основную часть ассортимента, причем пользуются высоким спросом (в том числе из-за самой демократичной цены).

В продаже изредка попадаются «ископаемые» на 3кА (например, от Аско-Укрем). Помимо самой дешевой на рынке стоимости, никаких преимуществ они не имеют. Не рекомендуем к использованию.

Могут возникнуть сложности и при поиске однополюсного «автомата» на 10кА. Так, у ABB такого в модульном исполнении вообще не существует, поэтому выбирать придется из тех же Eaton (Moeller), Hager, IEK и парочки менее известных производителей вроде словацкого SEZ.

А вот номинал 6кА представлен у всех брендов, находящихся «на слуху». Это самые востребованные в европейских странах «бытовые» автоматы.

Что в итоге выбрать для себя

При выборе нельзя руководствоваться исключительно соображениями экономии и устаревшими рекомендациями.

В новых квартирах и частных домах с мощными энергопотребителями и качественной медной проводкой (кабель сечением от 4 мм2. для «однушки» и от 6 мм2. для более просторного жилья) уместно использовать автоматические выключатели с отключающей способностью 6кА.

Для наполнения модульного щита в коттедже, таунхаусе или другом здании на 2-3 этажа предусмотрите запас прочности на «вводе». Особенно на объекте, расположенном вблизи трансформаторной подстанции. Если бюджет позволяет, взять более высокий уровень защиты, то 10кА.

Характеристики УЗО

Большое количество оборудования и бытовой техники, установленных в квартирах и частных домах, существенно повышает вероятность поражения электротоком, возгораний проводки, выхода из строя приборов из-за неисправностей сети. Избежать неприятных последствий помогают защитные устройства – автоматические выключатели и УЗО. При неисправности проводки или самого бытового прибора, возникает ток утечки, он же дифференциальный ток. Для того чтобы защита была максимально эффективной, требуется правильно подобрать характеристики УЗО. Выбор параметров защитного устройства зависит от его целевого назначения и особенностей домашней электрической сети.

1. Время срабатывания УЗО
2. Номинальный ток УЗО
3. Параметры УЗО

Время срабатывания УЗО

По времени срабатывания УЗО разделяются на два основных типа – S и G. Они используются в распределительных щитах повышенной сложности для обеспечения селективности на защищаемых участках. Для сравнения следует отметить, что срабатывание обычных защитных устройств происходит при появлении токовой утечки примерно через 0,02-0,03 секунды. Данный вариант идеально подходит для тех линий, где УЗО установлено одно на всю сеть.

Многие схемы предполагают установку входного защитного устройства и еще по одному на каждую отходящую линию. В случае неисправности в такой цепи не должно происходить одновременное срабатывание всех приборов. Чтобы избежать этого, как раз и существуют селективные УЗО тип S с задержкой времени срабатывания 0,15-0,5 секунд и тип G с задержкой 0,06-0,08 секунд. В результате таких задержек общая входная защита продолжает оставаться в рабочем положении, а вся квартира не обесточивается.

Временем отключения считается промежуток между внезапным появлением дифференциального тока отключения и моментом, когда дуга будет погашена на каждом полюсе устройства. Существует еще одно понятие, называемое предельным временем неотключения. Оно характерно для УЗО типа S и является максимальным промежутком времени от начала возникновения отключающего тока в главной цепи устройства до момента начала движения размыкающих контактов. Данный показатель представляет собой выдержку времени, обеспечивающую селективное действие УЗО, функционирующих в многоуровневых системах защиты.

Современные электромеханические защитные устройства высокого качества обладают быстродействием в пределах 20-30 миллисекунд. Такие УЗО относятся к категории быстрых выключателей, срабатывающих раньше аппаратуры, защищающей от сверхтоков. В результате срабатывания отключаются не только токи нагрузки, но и сверхтоки.

Номинальный ток УЗО

Не менее важной характеристикой устройств защитного отключения считается их номинальный ток. По своей сути данный параметр является величиной тока, которую УЗО способно пропустить в течение неограниченного времени. Стандартные номинальные токи, под которые выпускаются современные УЗО, составляют 16, 25, 32, 40 и 63 ампера. Данная линейка позволяет выбрать наиболее подходящий вариант для защиты квартиры или частного дома.

Следует помнить, что устройство защитного отключения не защищает от сверхтоков, возникающих в результате перегрузок и коротких замыканий. Поэтому данный прибор обычно используется вместе с автоматическим выключателем. В этом случае номинальный ток автомата должен быть меньше или равняться номинальному току УЗО.

Существует еще одна токовая характеристика, называемая номинальным отключающим током защитного устройства. Фактически она является уставкой, то есть током, при котором происходит срабатывание и отключение УЗО. Значение уставок также имеет свою линейку – 10, 30, 100, 300 и 500 мА.

Выбирая устройство, нужно помнить о так называемом токе неотпускания, составляющем 30 и более миллиампер, при котором уже становится невозможно самостоятельное разжатие рук и отбрасывание провода. Поэтому отключающий ток защита, предназначенная для защиты людей, выбирается на 10 или 30 мА. Данная величина также входит в состав маркировки, наносимой на лицевой стороне УЗО.

Каждое устройство имеет свое предназначение:

• Устройства на 10 мА защищают потребителей, расположенных в помещениях с повышенной влажностью, а также приборы и оборудование, функционирующие в мокром режиме – посудомоечные и стиральные машины. Сюда же входят розетки, установленные в туалетах и ваннах, на балконах и лоджиях. Данные УЗО используются при условии выделения отдельных линий каждому потребителю. Если же к этой линии будет подключена еще одна нагрузка, потребуется защитное устройство уже на 30 мА.
• УЗО с отключающим током на 30 мА устанавливается на стандартных линиях с обычными потребителями – розетками, освещением и т.д.
• Защитные устройства на 100, 300 и 500 мА относятся к категории противопожарных. Они не способны защитить от поражения электротоком, зато эти приборы успешно предотвращают возникновение пожара в квартире или частном доме из-за неисправной проводки.

При последовательной установке УЗО должна быть обеспечена селективность. В многоступенчатых схемах защитное устройство, расположенное наиболее близко к источнику питания, должно иметь ток и врем срабатывания как минимум в три раза выше, чем у прибора, установленного в непосредственной близости от потребителя.

Параметры УЗО

Кроме уже рассмотренных характеристик, на лицевую часть прибора в качестве маркировки наносятся и другие параметры, имеющие значение при выборе прибора в соответствии с условиями эксплуатации.

Среди них стоит отметить номинальное напряжение. В однофазных УЗО его значение равно 230 В, а в трехфазных – 400 В. Оба параметра соответствуют переменному напряжению. Эта характеристика очень важна, поскольку электронные УЗО обладают повышенной чувствительностью к перепадам напряжения. Главным элементом прибора является электронная плата, питающаяся от сетевого напряжения. В случае каких-либо отклонений, работа УЗО будет просто нарушена.

Еще одна характеристика называется номинальным условным током короткого замыкания. Несмотря на совместное использование автоматов, всегда существует возможность протекания через УЗО сверхтоков. Данный параметр означает устойчивость к токам короткого замыкания, то есть способность пропускать через себя сверхтоки без потери работоспособности. Здесь тоже имеется своя линейка – 3000, 4500, 6000 и 10000 А. Чем выше этот показатель, тем надежнее прибор.

Другие параметры УЗО:

• Номинальная отключающая и включающая способность, коммутируемая самим защитным устройством.
• Номинальная дифференциальная отключающая и включающая способность, позволяющая пропускать через себя дифференциальные токи короткого замыкания без потери работоспособности.
• Номинальный неотключающий дифференциальный ток, который при заданных условиях эксплуатации не вызывает срабатывания УЗО.

Кроме того, на лицевую панель наносится схема подключения питания, с обозначением соответствующих клемм для фазных проводов и нулевого проводника.