Wybór wyłącznika: rodzaje i charakterystyka wyłączników elektrycznych

Z pewnością wielu z nas zastanawiało się, dlaczego wyłączniki automatyczne tak szybko zastąpiły przestarzałe bezpieczniki z obwodów elektrycznych? Działalność w zakresie ich wdrażania uzasadniona jest szeregiem bardzo przekonujących argumentów, w tym możliwością zakupu tego rodzaju zabezpieczenia, które idealnie odpowiada czasowo-prądowym danym rodzajom sprzętu elektrycznego.

Masz wątpliwości jakiej maszyny potrzebujesz i nie wiesz jak ją prawidłowo wybrać? Pomożemy Ci znaleźć odpowiednie rozwiązanie – w artykule omówiono klasyfikację tych urządzeń. A także ważne cechy, na które należy zwrócić szczególną uwagę przy wyborze wyłącznika.

Aby ułatwić zrozumienie maszyn, materiał artykułu uzupełniono zdjęciami wizualnymi i przydatnymi rekomendacjami wideo od ekspertów.

Klasyfikacja wyłączników

Maszyna niemal natychmiast rozłącza powierzoną jej linię, co eliminuje uszkodzenia przewodów i urządzeń zasilanych z sieci. Po zakończeniu wyłączenia odgałęzienie można natychmiast uruchomić ponownie bez wymiany urządzenia zabezpieczającego.

Zazwyczaj wyłączniki automatyczne dobierany według czterech kluczowych parametrów – znamionowa zdolność wyłączania, liczba biegunów, charakterystyka czasowo-prądowa, znamionowy prąd pracy.

Według znamionowej zdolności wyłączania

Ta charakterystyka wskazuje dopuszczalny prąd zwarciowy (zwarcie), przy którym przełącznik wyłączy się i otwierając obwód, odłączy napięcie od przewodów i podłączonych do niego urządzeń.

Według tego parametru istnieją trzy typy maszyn - 4,5 kA, 6 kA, 10 kA.

1. Automaty na 4,5 kA (4500 A) zwykle stosowane w celu zapobiegania uszkodzeniom linii energetycznych prywatnych posesji mieszkalnych. Rezystancja przewodów od podstacji do zwarcia wynosi około 0,05 oma, co daje maksymalny prąd około 500 A.
2. Urządzenia 6 kA (6000 A). służą do ochrony przed zwarciami w sektorze mieszkaniowym i miejscach publicznych, gdzie rezystancja linii może osiągnąć 0,04 oma, co zwiększa prawdopodobieństwo zwarcia do 5,5 kA.
3. Przełączniki 10 kA (10000 A) stosowane do ochrony przemysłowych instalacji elektrycznych. W zwarciu elektrycznym zlokalizowanym w pobliżu podstacji mogą wystąpić prądy o natężeniu do 10 000 A.

Przed wyborem optymalnej modyfikacji wyłącznika warto dowiedzieć się, czy możliwe są prądy zwarciowe przekraczające 4,5 kA czy 6 kA?

Znamionowa zdolność wyłączania podana jest w dokumentacji rozłącznika oraz na obudowie w formie kodu - 4500A, 600A, 10000A lub 4,5kA, 6kA, 10kA. Na froncie urządzenia znajdują się informacje o producencie, modelu, napięciu znamionowym, składające się z charakterystyki czasowo-prądowej, prądu roboczego

Maszyna zostaje wyłączona w przypadku zwarcia określonych wartości. Najczęściej przełączniki modyfikacji 6000 A są wykorzystywane do potrzeb domowych.

Modele 4500 A praktycznie nie są stosowane do ochrony nowoczesnych sieci elektrycznych, a w niektórych krajach ich stosowanie jest zabronione.

Jeśli jesteś zainteresowany tym, jak poprawnie przeliczyć ampery na waty, zalecamy zapoznanie się z prezentowanym materiałem w następnym artykule.

W przypadku automatycznego zarejestrowania zwarcia wyłączenie następuje za pomocą cewki elektromagnetycznej (sytuacja A). W przypadku przekroczenia prądów znamionowych sieć jest otwierana płytką bimetaliczną (sytuacja B)

Zadaniem wyłącznika automatycznego jest ochrona przewodów (nie sprzętu i użytkowników) przed zwarciami i stopieniem izolacji, gdy prąd przekracza wartości znamionowe.

Według liczby biegunów

Ta cecha wskazuje maksymalną możliwą liczbę przewodów, które można podłączyć do AV w celu ochrony sieci.

Wyłączane są w przypadku wystąpienia sytuacji awaryjnej (przekroczenia dopuszczalnego prądu lub przekroczenia poziomu krzywej czasowo-prądowej).

Ta cecha wskazuje maksymalną możliwą liczbę przewodów, które można podłączyć do AV w celu ochrony sieci. Wyłączane są w przypadku wystąpienia sytuacji awaryjnej (przekroczenia dopuszczalnego prądu lub przekroczenia poziomu krzywej czasowo-prądowej).

Wyłączniki jednobiegunowe

Przełącznik jednobiegunowy jest najprostszą modyfikacją maszyny. Przeznaczony jest do ochrony pojedynczych obwodów, a także instalacji elektrycznych jednofazowych, dwufazowych, trójfazowych. Do konstrukcji przełącznika można podłączyć 2 przewody - przewód zasilający i przewód odpływowy.

Funkcje urządzenia tej klasy obejmują jedynie ochronę drutu przed ogniem. Przewód neutralny samego okablowania jest umieszczony na szynie zerowej, omijając w ten sposób maszynę, a przewód uziemiający jest podłączony osobno do szyny uziemiającej.

Połączenie jednobiegunowego AB odbywa się za pomocą przewodu jednożyłowego, ale czasami stosuje się kable dwużyłowe. Zasilanie podłącza się od góry maszyny, a linię zabezpieczoną od dołu, co ułatwia montaż. Montaż odbywa się na szynie DIN 18 mm

Wyłącznik jednobiegunowy nie pełni funkcji wyłącznika wejściowego, ponieważ w przypadku wymuszenia wyłączenia linia fazowa zostaje zerwana, a przewód neutralny jest podłączony do źródła napięcia, co nie zapewnia 100% gwarancji ochrony.

Wyłączniki dwubiegunowe

W przypadku konieczności całkowitego odłączenia sieci przewodów elektrycznych od napięcia stosuje się dwubiegunowy wyłącznik automatyczny.

Stosuje się go jako wstępny, gdy podczas zwarcia lub awarii sieci wszystkie przewody elektryczne są jednocześnie odłączane od zasilania. Dzięki temu możliwe jest całkowicie bezpieczne przeprowadzanie terminowych napraw i modernizacji obwodów.

Dwubiegunowe wyłączniki automatyczne stosuje się w przypadkach, gdy potrzebny jest oddzielny wyłącznik dla jednofazowego urządzenia elektrycznego, na przykład podgrzewacza wody, kotła, obrabiarki.

Podłączenie wyłącznika dwubiegunowego uwzględnia elektryczny obwód ochronny za pomocą przewodu 1- lub 2-żyłowego (liczba przewodów uzależniona jest od schematu połączeń). Montaż odbywa się na szynie DIN 36 mm

Maszyna jest podłączona do chronionego urządzenia za pomocą 4 przewodów, z czego dwa to przewody zasilające (jeden z nich podłączany jest bezpośrednio do sieci, a drugi zasila poprzez zworkę) oraz dwa to przewody odpływowe wymagające zabezpieczenia, które mogą być 1-, 2-, 3-przewodowe.

Wyłączniki trójbiegunowe

Aby zabezpieczyć sieć trójfazową 3- lub 4-przewodową, stosuje się trójbiegunowe wyłączniki automatyczne. Nadają się do połączenia w gwiazdę (przewód środkowy pozostaje niezabezpieczony, a przewody fazowe są podłączone do biegunów) lub w trójkąt (bez przewodu środkowego).

Jeżeli na jednej z linii nastąpi wypadek, pozostałe dwie zostaną wyłączone niezależnie.

Połączenie trójbiegunowego AB odbywa się za pomocą przewodów 1-, 2-, 3-żyłowych. Instalacja wymaga szyny DIN o szerokości 54 mm.

Przełącznik trójbiegunowy służy jako przełącznik wejściowy i wspólny dla wszystkich typów obciążeń trójfazowych. Modyfikacja jest często stosowana w przemyśle do zasilania silników elektrycznych.

Do modelu podłączonych jest do 6 przewodów, 3 z nich to przewody fazowe trójfazowej sieci elektrycznej. Pozostałe 3 są chronione. Reprezentują trzy okablowanie jednofazowe lub jedno trójfazowe.

Wyłączniki czterobiegunowe

Aby zabezpieczyć trój- lub czterofazową sieć elektryczną, na przykład mocny silnik podłączony na zasadzie „gwiazdy” z usuniętym punktem zerowym, stosuje się czterobiegunowy wyłącznik automatyczny. Służy jako przełącznik wejściowy w trójfazowej sieci czteroprzewodowej.

Łącznik czterobiegunowy podłącza się przewodem 1-, 2-, 3-, 4-żyłowym, schemat zależy od rodzaju podłączenia, obudowa montowana jest na szynę DIN o szerokości 73 mm

Do korpusu maszyny można podłączyć osiem przewodów, trzy z nich to przewody fazowe sieci elektrycznej (+ jeden neutralny), a cztery to przewody odpływowe (3 fazy + 1 neutralny).

Odbiorniki jednofazowe zasilane są napięciem 220 V, które można uzyskać, pobierając jedną z faz i przewód neutralny (neutralny) sieci elektrycznej. Oznacza to, że w tym przypadku oprócz trzech faz sieci elektrycznej istnieje jeszcze jeden przewodnik - neutralny, dlatego w celu ochrony i przełączania takiej sieci elektrycznej instalowane są czterobiegunowe wyłączniki automatyczne, które przerywają wszystkie cztery przewody .

Zgodnie z charakterystyką czasowo-prądową

AB może mieć ten sam wskaźnik znamionowa moc obciążenia, ale charakterystyka zużycia energii elektrycznej przez urządzenia może być inna.

Zużycie energii może być nierówne i różnić się w zależności od rodzaju i obciążenia, a także tego, czy urządzenie jest włączone, wyłączone, czy też pracuje w sposób ciągły.

Wahania poboru mocy mogą być dość znaczne, a zakres ich zmian szeroki. Prowadzi to do wyłączenia maszyny na skutek przekroczenia prądu znamionowego, co uznawane jest za fałszywe wyłączenie sieci.

Aby wyeliminować możliwość niewłaściwego działania bezpiecznika podczas nieawaryjnych zmian standardów (zwiększanie prądu, zmiana mocy), stosuje się wyłączniki automatyczne o określonych charakterystykach czasowo-prądowych (TCC).

Pozwala to na eksploatację wyłączników o tych samych parametrach prądowych przy dowolnych dopuszczalnych obciążeniach bez fałszywego zadziałania.

VTX pokazuje, po jakim czasie zadziała przełącznik i jakie będą w tym przypadku wskaźniki stosunku siły prądu do prądu stałego maszyny.

Cechy maszyn o charakterystyce B

Maszyna o określonej charakterystyce wyłącza się w ciągu 5-20 sekund. Wskaźnik prądu to 3-5 prądów znamionowych maszyny. Modyfikacje te służą do ochrony obwodów zasilających standardowe urządzenia gospodarstwa domowego.

Najczęściej model służy do ochrony okablowania mieszkań i domów prywatnych.

Cecha C – zasady działania

Maszyna z oznaczeniem nomenklatury C wyłącza się w ciągu 1-10 sekund przy 5-10 prądach znamionowych.

Przełączniki tej grupy znajdują zastosowanie we wszystkich dziedzinach - w życiu codziennym, budownictwie, przemyśle, jednak największe zapotrzebowanie jest na nie w obszarze ochrony elektrycznej mieszkań, domów i lokali mieszkalnych.

Działanie wyłączników o charakterystyce D

Maszyny klasy D są stosowane w przemyśle i są reprezentowane przez modyfikacje trójbiegunowe i czterobiegunowe. Służą do ochrony potężnych silników elektrycznych i różnych urządzeń trójfazowych.

Czas reakcji AV wynosi 1-10 sekund przy aktualnej wielokrotności 10-14, co pozwala na jego efektywne wykorzystanie do ochrony różnych przewodów.

Dolna część wykresu pokazuje wielokrotność wartości prądu znamionowego, a linia pionowa pokazuje czas wyłączenia. Dla charakterystyki B wyłączenie następuje, gdy prąd skuteczny przekracza prąd znamionowy 3-5 razy, dla C - 5-10 razy, dla D - 10-14 razy

Mocne silniki przemysłowe współpracują wyłącznie z silnikami o charakterystyce D.

Być może zainteresuje Cię także czytanie oznakowanie wyłączników w naszym innym artykule.

Według znamionowego prądu roboczego

W sumie dostępnych jest 12 modyfikacji maszyn, różniących się między sobą znamionowy prąd roboczy – 1A, 2A, 3A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A.Parametr odpowiada za prędkość pracy maszyny w przypadku, gdy prąd skuteczny przekracza wartość nominalną.

Tabela przedstawia maksymalną moc każdej modyfikacji maszyny na podstawie schematu podłączenia i napięcia sieciowego. Maksymalna moc wyjściowa wyłącznika występuje, gdy obciążenie jest podłączone w konfiguracji trójkąta

Wyboru przełącznika zgodnie z określoną charakterystyką dokonuje się z uwzględnieniem mocy okablowania elektrycznego, dopuszczalnego prądu, jaki okablowanie może wytrzymać w trybie normalnym. Jeżeli aktualna wartość nie jest znana, określa się ją za pomocą wzorów, wykorzystując dane dotyczące przekroju drutu, jego materiału i sposobu montażu.

Automaty 1A, 2A, 3A służą do zabezpieczania obwodów o małych prądach. Nadają się do dostarczania prądu do niewielkiej liczby urządzeń, na przykład lampy lub żyrandola, lodówki małej mocy i innych urządzeń, których łączna moc nie przekracza możliwości maszyny.

Przełącznik 3A jest skutecznie stosowany w przemyśle, jeśli jest podłączony trójfazowo w typ trójkąta.

Przełączniki 6A, 10A, 16A można wykorzystać do zasilania poszczególnych obwodów elektrycznych, małych pomieszczeń lub mieszkań.

Modele te znajdują zastosowanie w przemyśle, służą do zasilania silników elektrycznych, elektromagnesów, nagrzewnic i automatów spawalniczych połączonych osobną linią.

Jako wyłączniki wejściowe w trójfazowym obwodzie zasilania stosuje się trój- i czterobiegunowe wyłączniki automatyczne 16A. W produkcji preferowane są urządzenia z krzywą D.

Wyłączniki automatyczne 20A, 25A, 32A służą do ochrony okablowania nowoczesnych mieszkań, są w stanie dostarczać energię elektryczną do pralek, grzejników, suszarek elektrycznych i innych urządzeń dużej mocy.Model 25A jest używany jako maszyna wprowadzająca.

Przełączniki 40A, 50A, 63A należą do klasy urządzeń dużej mocy. Służą do zasilania urządzeń energetycznych dużej mocy w życiu codziennym, przemyśle i budownictwie cywilnym.

Dobór i obliczenia wyłączników

Znając charakterystykę AB, możesz określić, która maszyna jest odpowiednia do określonego celu. Ale przed wyborem optymalnego modelu należy wykonać pewne obliczenia, dzięki którym można dokładnie określić parametry pożądanego urządzenia.

Krok #1 – określenie mocy maszyny

Przy wyborze maszyny należy wziąć pod uwagę całkowitą moc podłączonych urządzeń.

Na przykład potrzebujesz automatu do podłączenia urządzeń kuchennych do zasilania. Załóżmy, że do gniazdka zostanie podłączony ekspres do kawy (1000 W), lodówka (500 W), piekarnik (2000 W), kuchenka mikrofalowa (2000 W) i czajnik elektryczny (1000 W). Całkowita moc będzie równa 1000+500+2000+2000+1000=6500 (W) czyli 6,5 kV.

W tabeli przedstawiono moc znamionową niektórych urządzeń gospodarstwa domowego wymaganą do ich obsługi. Zgodnie z danymi regulacyjnymi dobiera się przekrój przewodu zasilającego do ich zasilania i wyłącznik automatyczny do ochrony okablowania.

Jeśli spojrzysz na tabelę wyłączników według mocy przyłączeniowej, weź pod uwagę, że standardowe napięcie przewodów w warunkach domowych wynosi 220 V, wówczas odpowiedni jest jednobiegunowy lub dwubiegunowy wyłącznik 32A o łącznej mocy 7 kW operacja.

Należy zauważyć, że może być wymagane większe zużycie energii, ponieważ podczas pracy może być konieczne podłączenie innych urządzeń elektrycznych, które początkowo nie były brane pod uwagę.Aby uwzględnić tę sytuację, w obliczeniach całkowitego zużycia stosuje się mnożnik.

Załóżmy, że dokładając dodatkowy osprzęt elektryczny konieczne było zwiększenie mocy o 1,5 kW. Następnie należy wziąć współczynnik 1,5 i pomnożyć go przez wynikową obliczoną moc.

W obliczeniach czasami wskazane jest użycie współczynnika redukcyjnego. Stosuje się go, gdy jednoczesne korzystanie z kilku urządzeń nie jest możliwe.

Załóżmy, że całkowita moc okablowania kuchni wynosiła 3,1 kW. Wówczas współczynnik redukcyjny wynosi 1, ponieważ brana jest pod uwagę minimalna liczba urządzeń podłączonych w tym samym czasie.

Jeśli jednego z urządzeń nie można połączyć z innymi, wówczas współczynnik redukcyjny przyjmuje się mniejszy niż jeden.

Krok #2 – obliczenie mocy znamionowej maszyny

Moc znamionowa to moc, przy której okablowanie nie wyłącza się.

Oblicza się go za pomocą wzoru:

M = N * CT * cos(φ),

Gdzie

• M – moc (Wat);
• N – napięcie sieciowe (wolty);
• ST – natężenie prądu, jakie może przepłynąć przez maszynę (amper);
• cos(φ) – wartość cosinusa kąta, który przyjmuje wartość kąta przesunięcia pomiędzy fazami i napięciem.

Wartość cosinus jest zwykle równa 1, ponieważ praktycznie nie ma przesunięcia między fazami prądu i napięcia.

Ze wzoru wyrażamy ST:

CT=M/N,

Ustaliliśmy już moc, a napięcie sieciowe wynosi zwykle 220 woltów.

Jeżeli całkowita moc wynosi 3,1 kW, wówczas:

CT = 3100/220 = 14.

Wynikowy prąd wyniesie 14 A.

Do obliczeń przy obciążeniu trójfazowym stosuje się ten sam wzór, ale uwzględniane są przesunięcia kątowe, które mogą osiągać duże wartości. Zwykle są one wskazane na podłączonym sprzęcie.

Krok #3 – Oblicz prąd znamionowy

Prąd znamionowy można obliczyć na podstawie dokumentacji okablowania, ale jeśli nie jest ona dostępna, określa się ją na podstawie charakterystyki przewodnika.

Do obliczeń wymagane są następujące dane:

• kwadrat przekrój przewodu;
• materiał, z którego wykonane są rdzenie (miedź lub aluminium);
• metoda układania.

W warunkach domowych okablowanie zwykle znajduje się w ścianie.

Aby obliczyć pole przekroju poprzecznego, będziesz potrzebować mikrometru lub suwmiarki. Konieczne jest zmierzenie tylko rdzenia przewodzącego, a nie drutu i izolacji

Po dokonaniu niezbędnych pomiarów obliczamy pole przekroju poprzecznego:

S = 0,785 * D * D,

Gdzie

• D jest średnicą przewodu (mm);
• S — pole przekroju poprzecznego przewodnika (mm²).

Następnie korzystamy z poniższej tabeli.

Określając, z jakiego materiału wykonano rdzenie przewodników i obliczając pole przekroju poprzecznego, można określić wskaźniki prądu i mocy, jakie wytrzymuje okablowanie elektryczne. Dane podane dla okablowania ukrytego w ścianie

Biorąc pod uwagę uzyskane dane, dobieramy prąd pracy maszyny, a także jej wartość nominalną. Musi być równy lub mniejszy od prądu roboczego. W niektórych przypadkach dopuszczalne jest stosowanie maszyn o wartości znamionowej przekraczającej efektywny prąd okablowania.

Krok #4 – określenie charakterystyki czasowo-prądowej

Aby poprawnie określić VTX, należy wziąć pod uwagę prądy rozruchowe podłączonych obciążeń.

Niezbędne dane można znaleźć korzystając z poniższej tabeli.

W tabeli przedstawiono niektóre typy urządzeń elektrycznych, a także krotność prądu rozruchowego i czas trwania impulsu w sekundach

Zgodnie z tabelą można określić natężenie prądu (w amperach) po włączeniu urządzenia, a także okres, po którym ponownie wystąpi prąd maksymalny.

Na przykład, jeśli weźmiesz elektryczną maszynkę do mielenia mięsa o mocy 1,5 kW, oblicz dla niej prąd roboczy z tabel (będzie to 6,81 A) i biorąc pod uwagę wielokrotność prądu rozruchowego (do 7 razy) , otrzymujemy aktualną wartość 6,81*7=48 (A).

Prąd o tej sile płynie w odstępach 1-3 sekund. Biorąc pod uwagę wykresy VTK dla klasy B, widać, że w przypadku przeciążenia wyłącznik zadziała w ciągu pierwszych sekund po uruchomieniu maszynki do mięsa.

Oczywiście krotność tego urządzenia odpowiada klasie C, dlatego aby zapewnić działanie elektrycznej maszynki do mięsa, należy zastosować automat o charakterystyce C.

Na potrzeby domowe zwykle stosuje się przełączniki spełniające charakterystykę B i C. W przemyśle, w przypadku urządzeń o dużych prądach wielokrotnych (silniki, zasilacze itp.) wytwarzany jest prąd do 10-krotny, dlatego zaleca się stosowanie D-modyfikacje urządzenia.

Należy jednak wziąć pod uwagę moc takich urządzeń, a także czas trwania prądu rozruchowego.

Autonomiczne przełączniki automatyczne różnią się od konwencjonalnych tym, że są instalowane w oddzielnych tablicach rozdzielczych.

Do funkcji urządzenia należy ochrona obwodu przed nieoczekiwanymi skokami napięcia oraz zanikami prądu w całej lub wybranej części sieci.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Wybór AV zgodnie z charakterystyką prądu i przykład obliczenia prądu omówiono w następującym filmie:

Obliczenie prądu znamionowego AV pokazano na następującym filmie:

Maszyny instalowane są przy wejściu do domu lub mieszkania. Znajdują się one w trwałe plastikowe pudełka. Obecność AV w domowym obwodzie elektrycznym jest gwarancją bezpieczeństwa. Urządzenia umożliwiają terminowe wyłączenie linii energetycznej w przypadku przekroczenia przez parametry sieci określonego progu.

Biorąc pod uwagę główne cechy wyłączników, a także dokonując prawidłowych obliczeń, można dokonać właściwego wyboru tego urządzenia i jego montaż.

Jeżeli posiadasz wiedzę lub doświadczenie w wykonywaniu prac elektrycznych, podziel się nią z naszymi czytelnikami. Zostaw swoje uwagi na temat wyboru wyłącznika i niuansów jego instalacji w komentarzach poniżej.