Вибір автоматичного вимикача

Автор статті: В’ячеслав Юрдик, інженер з якості LK Energy Group.
Приймання обладнання на виробництві (технічний контроль якості, ВТК) та технічний нагляд на об’єктах електромонтажу.

Коротка відповідь

Автомат обирають не за потужністю навантаження, а після того, як порахували переріз кабелю і струми короткого замикання. Правила говорять це прямо: вибір апаратів захисту та їх характеристик виконують після визначення перерізів проводів і жил кабелів та розрахунку струмів КЗ [ПУЕ, п. 3.1.9].

І головне число, про яке в комерційних пропозиціях мовчать: комутаційна здатність апарата має бути не менше ніж струм КЗ у місці його встановлення [п. 3.1.12]. Два автомати з однаковим написом «250 А» можуть відрізнятися вимикальною здатністю у вісім разів — і той, у якого вона менша за струм КЗ на вашому об'єкті, у момент аварії не вимкне коло, а стане її частиною.

Три вимоги, які автомат має виконати одночасно

Правила формулюють задачу захисту так: мережу треба влаштувати, щоб одночасно виконувалися три умови [п. 3.1.6]:

мережа проводить струм повного розрахункового навантаження протягом необмеженого часу;
мережа проводить передбачений струм короткочасного перевантаження — пуск електродвигунів, вмикання трансформаторів і електронагрівальних пристроїв — протягом часу, за який струмовідні частини та ізоляція не нагріваються понад допустимі температури;
мережа або її частина вимикається за визначений проміжок часу, якщо створює загрозу майну або здоров'ю людей і свійських тварин.

🔑 Друга умова — та, через яку «взяли з запасом» не працює. Автомат, обраний «щоб точно не вибивало» при пуску двигуна, у нормальному режимі може не побачити перевантаження, яке повільно палить ізоляцію. Правила вимагають, щоб апарат вимкнув струм перевантаження раніше, ніж нагрів стане небезпечним для ізоляції, з'єднань і затискачів [п. 3.1.14]. Захист від КЗ — раніше, ніж струм створить небезпеку тепловими й механічними діями на провідники та їхні з'єднання [там само].

Порядок дій: чому автомат обирають останнім

Правило, яке перевертає звичну послідовність [п. 3.1.9]:

Вибір апаратів захисту та їх характеристик потрібно виконувати після визначення перерізів проводів і жил кабелів та розрахунку струмів КЗ.

І далі — те, що роблять рідко: якщо обраними апаратами вимоги забезпечити неможливо, треба змінити характеристики мережі й повторити вибір апаратів [там само]. Тобто Правила допускають, що правильна відповідь — не «інший автомат», а «інший кабель».

Що саме рахують [п. 3.1.10]: двофазні й трифазні струми КЗ для живильних і групових кіл незалежно від типу системи (TN, IT, TT). Причому трифазний КЗ визначають у місці встановлення апарата захисту, а двофазний — у кінці кола, яке захищається. Це два різні числа для двох різних задач: перше — чи витримає апарат, друге — чи спрацює він на дальньому кінці лінії.

Позначення, які ви побачите в розрахунку [п. 3.1.4]:

Позначення	Що це
I_B	найбільший струм навантаження кола
I_Z	допустимий тривалий струм кабелю (проводу)
I_n	номінальний струм апарата захисту (для регульованих — струм обраної уставки)
I_2	струм, що забезпечує надійне спрацьовування апарата

Вимикальна здатність (Icu): найдорожча економія

Норма [пп. 3.1.12 і 3.1.24]: - комутаційна здатність апарата захисту має бути не менше ніж струм КЗ у місці встановлення апарата; - апарати за своєю комутаційною здатністю мають відповідати максимальному значенню струму КЗ на початку ділянки мережі, яка захищається.

🔴 Чому це саме те місце, де економлять непомітно. На корпусі автомата великим шрифтом написаний номінальний струм — 63, 160, 250 А. Вимикальна здатність написана дрібним і в кілоамперах. У апаратів з однаковим номіналом вона може відрізнятися у рази: 85, 50, 10 кА. Ціна відрізняється так само — і саме на цьому будується «а ми знайшли дешевше».

Різниця між ними видно рівно один раз — у момент короткого замикання. Апарат із запасом вимкне струм і залишиться апаратом. Апарат без запасу може не розірвати дугу — і тоді пошкодження отримує не тільки він, а вся збірка.

Коли Правила дозволяють апарат «слабший» за струм КЗ [п. 3.1.25] — дозволяють, але за трьох умов одночасно: - апарат, який його захищає, або найближчий апарат у напрямку до джерела живлення забезпечує миттєве вимкнення струму КЗ; - струми уставок миттєвих розчіплювачів (відсічок) цих апаратів менші за струм комутаційної здатності кожного з групи нестійких апаратів; - неселективне вимкнення всієї групи не загрожує аварією, псуванням дорогого обладнання та матеріалів або розладом складного технологічного процесу.

🔑 Читайте останню умову ще раз. Такий захист працює «за рахунок сусідів»: при КЗ вимкнеться не тільки пошкоджене коло, а вся група. Для складу це прийнятно, для лінії з безперервним процесом — ні. Тому «у нас вище стоїть потужний автомат, цього достатньо» — це рішення, яке приймає проєктувальник під конкретний об'єкт, а не аргумент постачальника.

Селективність: щоб гасло не все

Норма [п. 3.1.17]: пристрої захисту від струму КЗ обирають так, щоб струм КЗ у будь-якому колі мережі вимикався пристроєм у тому колі, де виникло пошкодження, без будь-якої дії на інші кола. Час вимикання КЗ при цьому має бути мінімальним.

Дві вимоги, які тягнуть у різні боки: вимкнути якнайшвидше — і вимкнути тільки потрібне. Саме тому селективність — не властивість окремого автомата, а властивість усього ланцюжка від ввідного апарата до кінцевого. Її неможливо купити разом з апаратом; вона або закладена в проєкті, або її немає.

Чим вимикають що [пп. 3.1.19 і 3.1.17]:

Що вимикають	Чим
струм перевантаження	теплові розчіплювачі автоматів, запобіжники, теплові або електронні реле з контакторами
струм КЗ	електромагнітні (термомагнітні, електронні) розчіплювачі автоматів або запобіжники

Чим взагалі можна захищати мережу від надструмів [п. 3.1.8]: автоматичними вимикачами; запобіжниками; комбінаціями комутаційних апаратів із тепловими реле і запобіжниками; спеціалізованими електронними пристроями.

Ресурс: автомат не вічний

Апарат має комутаційний і механічний ресурс — кількість операцій вимикання, після якої характеристики вже не гарантуються. Це не дефект і не привід до претензій: ресурс вичерпується так само, як пробіг у машини.

Практичний наслідок: автомат, який часто спрацьовував, — кандидат на заміну, навіть якщо зовні цілий. Апарат, що вимкнув кілька коротких замикань, уже працював на межі своєї вимикальної здатності.

🔴 Тому за ПТЕЕС апарати не «оглядають», а перевіряють. Обсяг і періодичність перевірок апаратів і вторинних кіл встановлені додатком 1 до ПТЕЕС; для комплектних розподільних установок капітальну перевірку проводять не рідше ніж раз на 8 років, і в неї входить вимірювання опору контактів і перевірка механічної роботи.

Докладніше про періодичність — на сторінці про ПТЕЕС.

Дві норми, які видно на об'єкті

Підпис на апараті — вимога Правил, а не акуратність монтажника [п. 3.1.27]: кожен апарат захисту повинен мати пояснювальний напис із значенням номінального струму апарата, уставок розчіплювачів або номінального струму плавкої вставки. Причому обов'язки розподілені: - на апарат напис наносить виробник; - на схему біля місця встановлення — підприємство, відповідальне за монтаж (або експлуатацію).

Приєднання живильного провідника [п. 3.1.26]: у разі одностороннього живлення живильний кабель або провід приєднують до нерухомих контактів апарата. Для пробкових запобіжників і автоматів — так, щоб при вигвинчуванні пробки гвинтова гільза була знеструмленою.

Обидві норми перевіряються оглядом за хвилину — і обидві регулярно порушуються.

Захист від зникнення напруги

Норма, про яку згадують рідко, а на виробництві вона критична [п. 3.1.15]:

якщо провали напруги з наступним відновленням можуть створити загрозу для людей, тварин або майна — передбачають захист, який діє на вимикання електроустановки;
якщо обладнання допускає короткочасну перерву живлення — можна застосувати такий захист із витримкою часу;
🔴 якщо повторне увімкнення може викликати небезпеку — воно не повинно бути автоматичним.

Останній пункт — про верстати й конвеєри, які після відновлення напруги запускаються самі, поки біля них стоїть людина.

Часті запитання

Як обрати номінал автоматичного вимикача?

Не за потужністю навантаження. Спершу визначають переріз проводів і жил кабелів та рахують струми КЗ — і тільки після цього обирають апарат і його характеристики [п. 3.1.9]. Номінал апарата має бути узгоджений із допустимим тривалим струмом кабелю, інакше захищати буде нічого: автомат витримає струм, який кабель уже не витримує.

Що таке Icu і чому два автомати на 250 А коштують по-різному?

Це вимикальна здатність — найбільший струм КЗ, який апарат здатний вимкнути. У апаратів з однаковим номіналом вона може відрізнятися в рази (наприклад, 85, 50 і 10 кА), і саме на ній будується різниця в ціні. Правила вимагають, щоб комутаційна здатність була не менше ніж струм КЗ у місці встановлення [п. 3.1.12].

Що буде, якщо поставити автомат із меншою вимикальною здатністю?

У нормальному режимі — нічого, різниці ви не побачите. Різниця з'явиться в момент короткого замикання: апарат без запасу може не розірвати дугу, і пошкодження отримає не тільки він, а й збірка навколо. Це порушення п. 3.1.12, і воно не має зовнішніх ознак до аварії.

Чи можна поставити «слабший» автомат, якщо вище стоїть потужний?

Правила це допускають, але за трьох умов одночасно: вищий апарат забезпечує миттєве вимкнення КЗ; уставки його миттєвих розчіплювачів менші за комутаційну здатність кожного з «слабких» апаратів; і неселективне вимкнення всієї групи не загрожує аварією, псуванням дорогого обладнання або розладом технологічного процесу [п. 3.1.25]. Тобто це рішення проєктувальника під конкретний об'єкт, а не універсальний аргумент.

Що таке селективність простими словами?

Це коли при пошкодженні вимикається тільки те коло, де воно сталося, і решта об'єкта продовжує працювати. Правила формулюють це як вимогу до вибору апаратів: струм КЗ має вимикатися пристроєм у пошкодженому колі без будь-якої дії на інші кола [п. 3.1.17].

Чи можна купити «селективний автомат»?

Ні. Селективність — властивість ланцюжка апаратів від ввідного до кінцевого, а не окремого виробу. Вона або закладена в проєкті, або її немає. Тому питання «у вас автомати селективні?» коректно ставити не постачальнику, а проєктувальнику.

Чим захищають від перевантаження, а чим від короткого замикання?

Від перевантаження — тепловими розчіплювачами автоматів, запобіжниками, тепловими або електронними реле з контакторами. Від КЗ — електромагнітними (термомагнітними, електронними) розчіплювачами автоматів або запобіжниками [пп. 3.1.17 і 3.1.19].

Чому автомат «із запасом» — не завжди краще?

Бо Правила вимагають одночасного виконання трьох умов: провести робочий струм необмежено довго, витримати короткочасне перевантаження при пуску двигунів чи вмиканні трансформаторів і вимкнутися за визначений час у разі загрози [п. 3.1.6]. Апарат, обраний тільки під пусковий струм, може не побачити перевантаження, небезпечного для ізоляції.

Які струми КЗ треба порахувати?

Двофазні й трифазні, для живильних і групових кіл, незалежно від типу системи (TN, IT, TT). Трифазний КЗ визначають у місці встановлення апарата захисту, двофазний — у кінці кола, яке захищається [п. 3.1.10].

Що робити, якщо жоден апарат не забезпечує вимог?

Змінити характеристики мережі й повторити вибір апаратів [п. 3.1.9]. Тобто правильною відповіддю може бути інший кабель, а не інший автомат — і Правила прямо це передбачають.

Чи має бути щось написано на автоматі?

Так. Кожен апарат захисту повинен мати пояснювальний напис із номінальним струмом апарата та уставками розчіплювачів (або номінальним струмом плавкої вставки). На сам апарат напис наносить виробник, на схему біля місця встановлення — підприємство, відповідальне за монтаж або експлуатацію [п. 3.1.27].

Чи вичерпується ресурс автоматичного вимикача?

Так, апарат має комутаційний і механічний ресурс. Автомат, який неодноразово вимикав короткі замикання, працював на межі своєї вимикальної здатності — і є кандидатом на заміну, навіть якщо зовні цілий. Тому за ПТЕЕС апарати не оглядають, а перевіряють з нормованою періодичністю.

Чи потрібен захист від зникнення напруги?

Якщо провал напруги з наступним відновленням може створити загрозу для людей, тварин або майна — так, і він діє на вимикання установки. Якщо повторне увімкнення небезпечне, воно не повинно бути автоматичним [п. 3.1.15]. Це саме про верстати й конвеєри, які самі запускаються після відновлення живлення.

Підберемо апарати за вашою схемою

Відключну здатність апарата обирають за струмом КЗ у конкретній точці, а не за прайсом. Надішліть однолінійну схему або опитувальний лист — порахуємо склад щита під ваші струми.

Матеріал має інформаційний характер і не є офертою чи юридичною консультацією. Повний текст Правил ми не публікуємо — наводимо лише цитати з номерами пунктів; офіційний текст беріть у джерелі, зазначеному вище.

Заповнити опитувальний лист →

Вибір автоматичного вимикача: номінал, Icu, селективність