З часів далекої молодості після закінчення інституту в пам’яті знялася картинка: я в друга в однокімнатній квартирі. Ми сидимо за шахами. Його молода дружина шиє поряд.

По кімнаті бадьоро ходить малюк. Йому ще немає року: пізнає світ. У лівій руці якесь брязкальце, у правій — жіноча шпилька від волосся.

І раптом жах! На наших очах він вставляє цей дріт у розетку, отримує удар струмом. М’язи ніг миттєво реагують: стрибок від стінки на метр на півтора. Хлопчик падає.

З розетки виривається полум’я та дим. Знаєте, чим усе скінчилося? Пацан відбувся легким переляком, а алюмінієва проводка від розетки до розподільчої коробки повністю вигоріла. Світло не відключилося.

Захисту від короткого замикання не спрацювали: автомат заклинило, але пожежі не було. Вогонь просто згас усередині бетонної стіни після того, як відгорів дріт. Шпилька встигла приваритись до контакту розетки.

Ось я і вирішив написати докладну інструкцію, що таке автоматичний вимикач: як вибрати його модуль за 9 кроків поетапно. Виконуватимете — позбавитеся багатьох неприємностей.

Автоматичний вимикач: принцип роботи та пристрій у картинках

Основне призначення автомата – ліквідувати аварійні ситуації в підключених струмових ланцюгах. Вони бувають двох видів:

1. Короткі замикання (КЗ) або “коротець”, як їх називають на жаргоні електриків.
2. Перевантаження.

КЗ виникають за рахунок підключення до ланцюгів діючої напруги електричних ланцюжків з мінімальним опором, які створюють величезні струми, що залежать від потужності джерел живлення.

Струми коротких замикань можуть пропалювати не тільки ізоляцію повітряного середовища під час її іонізації, а й плавити метал проводки, викликати пожежу, завдавати інших бід.

На принципі управління струмів коротких замикань працюють численні зварювальні апарати , люди успішно користуються ними. Проте, КЗ, що раптово з’являються, завдають величезної шкоди.

Перевантаження небезпечні тим, що непомітно перегрів ізоляції, ушкоджують її. За рахунок дефектів, що виникли в ній, з’являються небезпечні струми витоків, які здатні виявити і ліквідувати тільки ПЗВ.

Перевантаження також є частою причиною пожеж обладнання.

Конструкція автоматичного вимикача і двох роздільних модулів, кожен із яких працює, реагуючи переважно на КЗ чи перевантаження. Це:

1. Електромагнітне відсікання.
2. Тепловий розчіплювач.

Проста кінематична схема показує пристрій автоматичного вимикача та принцип його роботи.

Електричний струм протікає від мережі до навантаження через замкнуті головні контакти та котушку соленоїда відключення. Теплове вплив сприймається біметалічної пластиною, а силове – сердечником електромагніту.

Біметал або сердечник у критичній ситуації б’ють по поворотному важелю, вибиваючи його з зачеплення з клямкою, що утримує головний контакт у включеному стані. Під дією сильної пружини, що відключає, він швидко розмикає електричний ланцюг.

Конструктивно всі виробники реалізують цей принцип за своїми розробками. Тому вони дещо відрізняються на всіх моделях. Проте, загальне уявлення внутрішнього устрою дає така картинка.

Принцип роботи електромагніту розчеплювача відсічення двома словами

Коли по обмотці протікає струм, то в її осерді, що служить магнітопроводом, створюється магнітне поле.

Якщо сила струму досягає критичної величини, то магнітна енергія вистрілює сердечник, долаючи натяг утримуючої пружини. Тоді бойок вибиває клямку.

Сучасний електромагнітний розчіплювач має невеликі габарити, що підключається гнучкими провідниками до контактів.

Тепловий розчіплювач автоматичного вимикача: наскільки легко працює

Конструкція складається з двох з’єднаних пластин: сталь та латунь. Вони різне лінійне розширення: залежність від температури. При нагріванні біметал згинається в один бік, а охолодженні протилежно.

Струм проходить по закріпленій на біметалічній пластині обмотці. Під час перевантаження або КЗ біметал впливає на поворотний механізм, а той відключає автомат, знеструмлюючи підключені споживачі.

Вимикач автоматичний: як вибрати з науки і жити в безпеці

Величезна кількість виробників та широкий асортимент їх автоматів, призначених для різних умов експлуатації, ускладнюють вибір їх придбання.

При покупці слід використовувати лише науковий підхід, не покладаючись на думку знайомих електриків. З цією метою всі провідні заводи завдають маркування прямо на корпусі модуля автомата. Наводжу приклад для Legrand.

Вибирати модуль автоматичного вимикача потрібно мінімум за 9 характеристиками:

1. значенню діючої напруги та формі струму;
2. числу полюсів;
3. величині номінального струму ланцюга, що захищається;
4. частокової характеристики;
5. потужності навантаження;
6. граничної комутаційної спроможності;
7. класу струмообмеження;
8. селективності дії;
9. ступеня захист корпусу ІР.

Вам доведеться врахувати їхню дію комплексно.

Дивимося напругу автоматичного вимикача: початковий крок

Відразу слід звертати увагу на умови надійної роботи модуля. Справа в тому, що подібні захисту можуть створюватися для універсальної роботи в ланцюгах постійного або змінного струму.

Прикладом може бути відома серія захистів, що випускається як автоматичний вимикач АП-50.

Вони бувають різний рівень напруги. Він не завжди може підійти для надійної роботи у конкретній проводці. Потрібно перевіряти уважно.

Окремі модулі можуть бути створені лише для експлуатації у ланцюгах змінного струму.

Число полюсів автоматичного вимикача: крок №2

Побутові автомати виготовляють для роботи в однофазному або трифазному ланцюзі. На захисті введення при аварії вони знімають потенціали фаз і нуля, повністю знеструмлюючи схему живлення.

У ліній, що відходять, відключається тільки потенціал фази, а нуль залишається в роботі. Цього цілком достатньо для ліквідації аварії та створення більш простої схеми підключення.

Крок 3: вибір автоматичного вимикача струму – приховані секрети

Важливо: температура навколишнього середовища дуже впливає на час спрацьовування захисту. Усі перевірки та розрахунок проводять при +30 градусах . Реальні умови вимагають урахування температурних коефіцієнтів.

Нормальна робота автомата вимагає враховувати 4 значення струму:

1. номінальної величини.
2. Умовне нерозчеплення.
3. Умовне розчеплення.
4. Довго допустимого.

Розмір номінального струму пишеться Iн (In). Вона вказується на корпусі, що використовується як базове значення для вибору, роботи та перевірок захисту. Таке навантаження має тривалий час проходити через замкнуті контакти без їх відключення.

Струмом умовного нерозчеплення називають величину I=1,13×Iн. При такому навантаженні захист не повинен відключатися за час менший, ніж 1 година з номіналом до 63 А та 2 години – потужнішим.

Характеристика умовного струму розчеплення визначає величину, яка надійно розриває перевищене навантаження.

Довго допустима величина струму введена для обліку температурного стану проводки без її надмірного нагріву з урахуванням характеристик струмопровідної здатності: виду металу та поперечного перерізу.

Усі ці величини я навів наочним графіком для міді. Можете ним скористатися при розрахунку проекту нової проводки. Дані брав із довідників, а електричними перевірками не займався.

Якщо хтось візьметься за цю роботу, результати обов’язково опублікую. А перевіряти треба, бо з тривало допустимими струмами в мідному дроті 4 і 6 квадратів проглядається цікава закономірність.

З алюмінієм не став поратися: у побуті він небезпечний. Тим користувачам, кому цікаве це питання, пропоную порівняти його характеристики з міддю по таблиці.

Вибір автоматичного вимикача під час проектування проводки необхідно проводити за характеристикою його номінального струму. Цей аналіз здійснюють послідовно за 3 прийоми:

1. Розрахунок струму лінії навантаження підключених споживачів.
2. Вибір номіналу модульного захисту за найближчим значенням стандартного ряду величин струмів.
3. Підбір перерізів провідників під діючі струмові навантаження.

Кожна із трьох складових важлива. Допущені помилки виправляти складно. Тому кожний етап слід повторно перевіряти.

Одиночні чи групові споживачі, як і однофазна чи трифазна схема живлення накладають свої особливості на розрахунок струму підключеної лінії за власними формулами. Це найскладніша частина аналізу.

Крок 4: частокова характеристика вимикача – основа правильного вибору типу конструкції

Навантаження електронної мережі носять випадковий чи закономірний характер. Вони завжди змінюються при підключенні споживачів.

Лампи розжарювання та ТЕНи з резистивними опорами не дають таких ефектів, як включення індуктивних пристроїв: електродвигунів, дроселів, трансформаторів. Кабельні лінії мають ємнісний опір.

Будь-яке включення приладу пов’язане із створенням аперіодичних складових, що формують перехідні процеси. Вони характеризуються різними кидками струмів.

Конструкція автоматичного вимикача повинна враховувати ці явища та забезпечувати нормальне електропостачання споживачів у будь-якій складній, мінливій ситуації.

Під ці вимоги технічно складно створити простий та надійний автоматичний вимикач із універсальним набором можливостей. Електротехнічна наука пішла іншим шляхом: поділ навантажень за типами реактивних складових та створення модулів захисту під кожну.

З цією метою використовується тимчасова характеристика вимикача, що має 3 типи: B, C і D. Вони мають різні параметри відбудов захисту від струмів перехідних процесів.

На графіці по осі абсцис наведено відношення струму навантаження, що діє, до номінальної величини, а ординат — час відключення в секундах та їх частках.

Тип B застосовується для споживачів із характерним резистивним навантаженням: обігрівачі, ланцюги освітлення, протяжні лінії електроживлення.

Тип C використовується для змішаних схем із розеточними групами та споживачами, що створюють помірні навантаження при включенні електродвигунів.

Тип D вибирають для споживачів не побутового призначення: силові трансформатори та навантаження з підвищеними струмами під час пусків обладнання.

Якщо використовувати тип B автоматичного вимикача для дому, він може помилково спрацьовувати при включенні пральної або посудомийної машини, електричних насосів, потужних пилососів.

Автомат типу D просто не зреагує на небезпеку, коли вона не досягне величини його уставки, але вимагатиме захисту обладнання від кидка струму.

Автоматичні вимикачі типу С за своїми характеристиками найкраще пристосовані до роботи в домашній проводці. Але їхнє налаштування все одно необхідно перевіряти якісно.

Вибір автоматичного вимикача за потужністю крок №5: чи потрібно його робити?

Саме питанню вибору автоматів за потужністю навантаження приділяють багато уваги автори статей для інтернету. Тому я вирішив також висловити свою думку. А ваше завдання: врахувати чи висловитися проти.

Вся хитрість у тому, що електричні характеристики будь-яких побутових приладів вказуються у ВАТ, а захисту маркуються амперами. Жодних інших секретів тут більше немає.

Блогери просто переводять навантаження, виражене потужністю через напругу побутової мережі в струм. Роблять це у вигляді нових таблиць, схем, калькуляторів.

Я пропоную відмовитись від цієї ідеї, а модуль захисту розраховувати за струмом номінальної величини з урахуванням вольтамперної характеристики. Буде менше помилок та й шукати їх стане простіше. Розумію, що вибір лишається за вами.

Крок 6: гранична комутаційна здатність – критична характеристика модуля захисту

Виходимо з того, що в природі немає контактів, здатних витримувати будь-які навантаження. У них завжди є межа, вище якої вони просто згоряють.

Цю величину виробник визначає експериментально та показує цифрою всередині прямокутника.

Зазвичай модулі створюються під струми КЗ до 4,5 або 6 чи 10 кілоампер. Коли автомат має відмінності граничної комутаційної здатності (ПКС) для ланцюгів змінного та постійного струму, вони вказуються окремо. Причому кожній величині приписується свій символ: “~”, “-“, “~/-“.

Це значення залежить від технічного стану електропроводки — її опору. Воно закладається у проект, залежить від багатьох факторів:

• протяжності магістралей;
• перерізу та якості струмопровідних жил;
• кількості та стану сполучних контактів;
• віддаленості від живильної трансформаторної підстанції;
• умов технічного обслуговування

З практики:

• У старих будівель з старим алюмінієвим проведенням ПКС становить 4500 ампер.
• Мідна електропроводка забезпечує струми КЗ 6 кілоампер.
• Коли споживач знаходиться близько від трансформаторної підстанції, автомати треба ставити на 10кА.

Якщо виконати вибір автомата по граничної комутаційної здатності, його контакти від аварійного струму можуть привариться. Тоді відключення не відбудеться, а все підключене навантаження вигорить.

Крок 7: класи струмообмеження автоматичного вимикача – у чому суть характеристики

Швидкість відключення короткого замикання впливає на безпеку обладнання, а модулі захисту працюють не однаково. Показники швидкодії дозволяють підбирати автомати, що працюють у щадному чи екстремальному режимі обладнання.

Для наочності дії розглянемо їх спрацювання з прикладу тривалості одного періоду напруги синусоїди струму чи напруги (позначається Т).

У нього входять дві напівхвилі гармоніки. Для стандартної частоти 50 герц час проходження періоду становить 20 мілісекунд (мс).

Максимальне значення струму чи його амплітуда досягається при чверті періоду чи половині напівперіоду. На графіці я показав усереднені часові показники трьох класів струмообмеження: 1, 2 і 3.

Клас №1 найтриваліший, а отже екстремальний. Його час трохи перевищує 10 мс. Для наочності показано як Т/2. На корпусі автомата його просто не позначають.

Клас №2 займає проміжний час за швидкістю. Такий захист повинен відпрацювати протягом 6÷10 мс. На графіку усереднено як 1/2(Т/2).

Клас №3 найшвидший та економніший з часом спрацьовування 2,5÷6 мс, що я позначив як 1/3(Т/2).

Класи струмообмеження 2 та 3 маркуються на корпусі під прямокутником ПКС квадратиком з відповідною цифрою.

Крок 8: селективність автомата – запорука якісного відключення аварії

Сенс вибору цього параметра полягає у вибірковій здатності захисту правильно локалізувати коротке замикання або перевантаження та залишити в роботі справне обладнання.

Пояснюю на найпростішому прикладі квартирної проводки.

Будь-яка розетка з різних причин може стати джерелом короткого замикання. Аварію може відключити автомат №3 квартирного щитка, №2 — під’їзний чи №3 — домовик.

Однак знеструмлювати поверх або під’їзд / будинок має сенс тільки при відмові вимикача № 3, використовуючи цю функцію як резервну. Насамперед надійно мають спрацьовувати квартирні захисту.

Тому вони налаштовуються на швидке спрацювання або менші уставки струму при налагодженні. Передбачити цю нагоду слід під час вибору конструкції.

Іноді виникають труднощі з налаштуванням вибірковості на вступному автоматі. Для таких випадків можна придбати спеціальний автоматичний селективний вимикач.

Його конструкція має механізм, що забезпечує два шляхи протікання струму: основний та додатковий для теплового розчіплювача зі своїми зв’язаними силовими контактами.

Резистор селективності всередині додаткового каналу затримує спрацювання контакту на уставку вибірковості. А основний канал працює як звичайний.

Загальне відключення захисту відбувається після розриву контактів обох каналів, що здатний виконати електромагніт відсічення.

Подібний механізм може бути корисним власникам приватних будинків або котеджів, хоча в більшості випадків селективність можна забезпечити вибором характеристик швидкодії та настроюванням струмових уставок звичайних модулів.

Перевірка селективності спрацьовування захисту повинна обов’язково проводитися до введення в експлуатацію і періодично під час експлуатації.

Заключний крок №9: ступеня захисту корпусу для приміщень підвищеної вологості

Зазвичай автомати встановлюють у квартирному чи іншому щитку, захищеному від проникнення води та сторонніх предметів. Але іноді їх доводиться вмикати на мобільне обладнання чи подовжувачі.

Коли такими приладами користуються у вологих приміщеннях, слід звертати увагу на технічну здатність корпусу працювати в небезпечному
середовищі.

Вона маркується індексом IP із цифрами, що позначають ступінь захисту . На звичайних автоматах достатньо позначення IP20. Її показують у супровідній документації.

У всьому попередньому матеріалі я навмисно не рекламую жодного виробника автоматів. Раджу вибирати модуль захисту за технічними характеристиками, реально перевіряючи їх на стендах. Бренд — гарна річ, але випробування важливіші.

Помилки електриків не тільки початківців у роботі захисту

Вибрати автоматичний вимикач правильно за технічними характеристиками – ще не означає, що він буде надійно відключати випадково виниклу несправність.

Такого висновку я дійшов на роботі, займаючись численною перевіркою цих захистів на спеціалізованих стендах. Тому ще раз рекомендую придбаний автомат до введення в експлуатацію піддавати жорстким випробуванням від реального навантаження та заміряти тимчасові характеристики.

Помилка електрика №1: перевірка петля фаза-нуль не виконана

Суть цього тесту полягає в тому, що струм короткого замикання, який повинен відчути та відключити автомат, банально за законом Ома залежить від опору підключеного до нього ланцюга.

Іншими словами, довжина дротів від автомата до розетки і далі до включеного до неї споживачеві може знизити струм короткого замикання до такої межі, коли уставка для спрацьовування захисту виявиться вищою: вимикач не спрацює.

Ця можливість перевіряється спеціальними приладами.

Її слід обов’язково виконувати.

Помилка електрика №2: поганий монтаж проводки навченою бригадою

Коли писав цю статтю, у мене в квартирі пропало світло і надовго. Старий макбук працює дев’ятий рік, акумулятор уже вилучено.

Під вікном побачив аварійну машину електриків ЖКГ. Спустився вниз сходами спитати, що трапилося. Під’їзний щит розкритий. Бригада 3 особи: літній монтер, виробник середнього віку та молодий керівник робіт після інституту з паперами.

Один працює, два стоять та спостерігають. Приєднався, став третім. Мені сказали, що перемичка на нульовий провід гріється і її змінюватимуть. Я це й так зрозумів. Там алюмінієва жила приблизно на 6 квадрат (оцінив поглядом).

Монтер її замінив і підключив на скручування. Так, на скручування, причому довжиною не більше 4 см. Я кажу: халява, сер! На мене спрямувалося 3 пари очей і було питання: ти хто такий? Відповідаю: релейник із 330.

Двоє нічого не зрозуміли, а хлопець із інституту подивився з повагою. Спроба пояснити помилку зустріла психологічну відсіч із боку самовпевненого монтера.

Мені, побачивши таку роботу, довелося одразу йти в магазин і купувати реле контролю напруги, хоча планував його встановлення пізніше. Будинок той старий.

Обрив нуля трифазної мережі за рахунок відгорання скручування гарантований, а ловити 380 вольт замість 220 у своїй квартирі немає бажання.

Поширені запитання

Яку роль відіграє автоматичний вимикач у побутовій електромережі?

Автоматичний вимикач — це головний елемент системи захисту від коротких замикань та перевантажень. Він миттєво відключає подачу струму, щойно виникає аварійна ситуація, що запобігає пошкодженню електроприладів і, головне, захищає життя людей. У ситуаціях, коли стара алюмінієва проводка не витримує навантаження або контакти нагріваються, спрацювання автомата здатне запобігти пожежі. Проте ефективність роботи вимикача залежить від правильного вибору технічних параметрів. Наприклад, важливо враховувати номінальний струм, тип розчіплювача та клас струмообмеження. Якщо вас цікавлять інші рішення для підвищення електробезпеки, ознайомтеся з послугою встановлення заземлення.

Чому так важливо враховувати тип навантаження при виборі автомата?

Кожен автоматичний вимикач має тимчасову характеристику — B, C або D. Вони визначають, наскільки чутливо пристрій реагує на короткочасні стрибки струму. Наприклад, при включенні пилососа чи бойлера відбувається різкий кидок струму, і автомат типу B може спрацювати помилково. Для побутових умов найчастіше обирають тип C — він універсальний для більшості квартирних мереж. Проте якщо в будинку є потужне індуктивне обладнання, іноді доцільніше використовувати тип D. Детальніше про електропроводку та рекомендації по вибору кабелю читайте у статті проводка в квартирі.

Чи має значення якість монтажу проводки для ефективної роботи автомата?

Так, і навіть дуже велике. Невдале з’єднання, слабка скрутка, неякісний контакт — усе це впливає на опір ланцюга, а отже, й на струм короткого замикання. Якщо опір надто великий, струм може не досягти рівня, необхідного для спрацювання автомата, і небезпека залишиться непоміченою. Саме тому варто не лише правильно обирати автомат, а й перевіряти монтаж, зокрема за допомогою тесту “петля фаза-нуль”. У разі сумнівів краще запросити фахівця — наприклад, за послугою виклик електрика.

Чи варто довіряти вибір автомата лише продавцю чи знайомому електрику?

Варто спиратися на технічні параметри й логіку. Кожен автомат маркується даними про струм, напругу, кількість полюсів, граничну комутаційну здатність, клас струмообмеження та ступінь захисту корпусу. Покупець має розуміти, що неправильний вибір — це не лише ризик для приладів, а й потенційна небезпека для житла та людей. Наприклад, у старих будинках із близьким розташуванням трансформаторної підстанції іноді слід обирати модулі на 10 кА замість стандартних 4,5. Для додаткового захисту також варто розглянути встановлення автоматичного вимикача у квартирному щитку.