Выбор автоматического выключателя

Автор статьи: Вячеслав Юрдик, инженер по качеству LK Energy Group.
Приёмка оборудования на производстве (технический контроль качества, ОТК) и технический надзор на объектах электромонтажа.

Короткий ответ

Автомат выбирают не по мощности нагрузки, а после того, как посчитали сечение кабеля и токи короткого замыкания. Правила говорят это прямо: выбор аппаратов защиты и их характеристик выполняют после определения сечений проводов и жил кабелей и расчёта токов КЗ [ПУЕ, п. 3.1.9].

И главное число, о котором в коммерческих предложениях молчат: коммутационная способность аппарата должна быть не менее тока КЗ в месте его установки [п. 3.1.12]. Два автомата с одинаковой надписью «250 А» могут отличаться отключающей способностью в восемь раз — и тот, у которого она меньше тока КЗ на вашем объекте, в момент аварии не отключит цепь, а станет её частью.

Три требования, которые автомат должен выполнить одновременно

Правила формулируют задачу защиты так: сеть нужно устроить, чтобы одновременно выполнялись три условия [п. 3.1.6]:

сеть проводит ток полной расчётной нагрузки в течение неограниченного времени;
сеть проводит предусмотренный ток кратковременной перегрузки — пуск электродвигателей, включение трансформаторов и электронагревательных устройств — в течение времени, за которое токоведущие части и изоляция не нагреваются сверх допустимых температур;
сеть или её часть отключается за определённый промежуток времени, если создаёт угрозу имуществу или здоровью людей и домашних животных.

🔑 Второе условие — то, из-за которого «взяли с запасом» не работает. Автомат, выбранный «чтобы точно не выбивало» при пуске двигателя, в нормальном режиме может не увидеть перегрузку, которая медленно жжёт изоляцию. Правила требуют, чтобы аппарат отключил ток перегрузки раньше, чем нагрев станет опасным для изоляции, соединений и зажимов [п. 3.1.14]. Защита от КЗ — раньше, чем ток создаст опасность тепловыми и механическими действиями на проводники и их соединения [там же].

Порядок действий: почему автомат выбирают последним

Правило, которое переворачивает привычную последовательность [п. 3.1.9]:

Выбор аппаратов защиты и их характеристик нужно выполнять после определения сечений проводов и жил кабелей и расчёта токов КЗ.

И дальше — то, что делают редко: если выбранными аппаратами требования обеспечить невозможно, нужно изменить характеристики сети и повторить выбор аппаратов [там же]. То есть Правила допускают, что правильный ответ — не «другой автомат», а «другой кабель».

Что именно считают [п. 3.1.10]: двухфазные и трёхфазные токи КЗ для питающих и групповых цепей независимо от типа системы (TN, IT, TT). Причём трёхфазное КЗ определяют в месте установки аппарата защиты, а двухфазное — в конце защищаемой цепи. Это два разных числа для двух разных задач: первое — выдержит ли аппарат, второе — сработает ли он на дальнем конце линии.

Обозначения, которые вы увидите в расчёте [п. 3.1.4]:

Обозначение	Что это
I_B	наибольший ток нагрузки цепи
I_Z	допустимый длительный ток кабеля (провода)
I_n	номинальный ток аппарата защиты (для регулируемых — ток выбранной уставки)
I_2	ток, обеспечивающий надёжное срабатывание аппарата

Отключающая способность (Icu): самая дорогая экономия

Норма [пп. 3.1.12 і 3.1.24]: - коммутационная способность аппарата защиты должна быть не менее тока КЗ в месте установки аппарата; - аппараты по своей коммутационной способности должны соответствовать максимальному значению тока КЗ в начале участка сети, который защищается.

🔴 Почему это именно то место, где экономят незаметно. На корпусе автомата крупным шрифтом написан номинальный ток — 63, 160, 250 А. Отключающая способность написана мелким и в килоамперах. У аппаратов с одинаковым номиналом она может отличаться в разы: 85, 50, 10 кА. Цена отличается так же — и именно на этом строится «а мы нашли дешевле».

Разница между ними видна ровно один раз — в момент короткого замыкания. Аппарат с запасом отключит ток и останется аппаратом. Аппарат без запаса может не разорвать дугу — и тогда повреждение получает не только он, а вся сборка.

Когда Правила разрешают аппарат «слабее» тока КЗ [п. 3.1.25] — разрешают, но при трёх условиях одновременно: - аппарат, который его защищает, или ближайший аппарат в направлении к источнику питания обеспечивает мгновенное отключение тока КЗ; - токи уставок мгновенных расцепителей (отсечек) этих аппаратов меньше тока коммутационной способности каждого из группы неустойчивых аппаратов; - неселективное отключение всей группы не грозит аварией, порчей дорогого оборудования и материалов либо расстройством сложного технологического процесса.

🔑 Прочитайте последнее условие ещё раз. Такая защита работает «за счёт соседей»: при КЗ отключится не только повреждённая цепь, а вся группа. Для склада это приемлемо, для линии с непрерывным процессом — нет. Поэтому «у нас выше стоит мощный автомат, этого достаточно» — это решение, которое принимает проектировщик под конкретный объект, а не аргумент поставщика.

Селективность: чтобы гасло не всё

Норма [п. 3.1.17]: устройства защиты от тока КЗ выбирают так, чтобы ток КЗ в любой цепи сети отключался устройством в той цепи, где возникло повреждение, без какого-либо действия на другие цепи. Время отключения КЗ при этом должно быть минимальным.

Два требования, которые тянут в разные стороны: отключить как можно быстрее — и отключить только нужное. Именно поэтому селективность — не свойство отдельного автомата, а свойство всей цепочки от вводного аппарата до конечного. Её невозможно купить вместе с аппаратом; она либо заложена в проекте, либо её нет.

Чем отключают что [пп. 3.1.19 і 3.1.17]:

Что отключают	Чем
ток перегрузки	тепловые расцепители автоматов, предохранители, тепловые или электронные реле с контакторами
ток КЗ	электромагнитные (термомагнитные, электронные) расцепители автоматов или предохранители

Чем вообще можно защищать сеть от сверхтоков [п. 3.1.8]: автоматическими выключателями; предохранителями; комбинациями коммутационных аппаратов с тепловыми реле и предохранителями; специализированными электронными устройствами.

Ресурс: автомат не вечен

Аппарат имеет коммутационный и механический ресурс — количество операций отключения, после которого характеристики уже не гарантируются. Это не дефект и не повод к претензиям: ресурс вырабатывается так же, как пробег у машины.

Практическое следствие: автомат, который часто срабатывал, — кандидат на замену, даже если внешне цел. Аппарат, отключивший несколько коротких замыканий, уже работал на пределе своей отключающей способности.

🔴 Поэтому по ПТЭЭС аппараты не «осматривают», а проверяют. Объём и периодичность проверок аппаратов и вторичных цепей установлены приложением 1 к ПТЭЭС; для комплектных распределительных устройств капитальную проверку проводят не реже одного раза в 8 лет, и в неё входит измерение сопротивления контактов и проверка механической работы.

Подробнее о периодичности — на странице о ПТЭЭС.

Две нормы, которые видны на объекте

Надпись на аппарате — требование Правил, а не аккуратность монтажника [п. 3.1.27]: каждый аппарат защиты должен иметь пояснительную надпись со значением номинального тока аппарата, уставок расцепителей или номинального тока плавкой вставки. Причём обязанности распределены: - на аппарат надпись наносит изготовитель; - на схему возле места установки — предприятие, ответственное за монтаж (или эксплуатацию).

Присоединение питающего проводника [п. 3.1.26]: при одностороннем питании питающий кабель или провод присоединяют к неподвижным контактам аппарата. Для пробочных предохранителей и автоматов — так, чтобы при вывинчивании пробки винтовая гильза была обесточена.

Обе нормы проверяются осмотром за минуту — и обе регулярно нарушаются.

Защита от исчезновения напряжения

Норма, о которой вспоминают редко, а на производстве она критична [п. 3.1.15]:

если провалы напряжения с последующим восстановлением могут создать угрозу для людей, животных или имущества — предусматривают защиту, действующую на отключение электроустановки;
если оборудование допускает кратковременный перерыв питания — можно применить такую защиту с выдержкой времени;
🔴 если повторное включение может вызвать опасность — оно не должно быть автоматическим.

Последний пункт — про станки и конвейеры, которые после восстановления напряжения запускаются сами, пока возле них стоит человек.

Частые вопросы

Как выбрать номинал автоматического выключателя?

Не по мощности нагрузки. Сначала определяют сечение проводов и жил кабелей и считают токи КЗ — и только после этого выбирают аппарат и его характеристики [п. 3.1.9]. Номинал аппарата должен быть согласован с допустимым длительным током кабеля, иначе защищать будет нечего: автомат выдержит ток, который кабель уже не выдерживает.

Что такое Icu и почему два автомата на 250 А стоят по-разному?

Это отключающая способность — наибольший ток КЗ, который аппарат способен отключить. У аппаратов с одинаковым номиналом она может отличаться в разы (например, 85, 50 и 10 кА), и именно на ней строится разница в цене. Правила требуют, чтобы коммутационная способность была не менее тока КЗ в месте установки [п. 3.1.12].

Что будет, если поставить автомат с меньшей отключающей способностью?

В нормальном режиме — ничего, разницы вы не увидите. Разница появится в момент короткого замыкания: аппарат без запаса может не разорвать дугу, и повреждение получит не только он, но и сборка вокруг. Это нарушение п. 3.1.12, и оно не имеет внешних признаков до аварии.

Можно ли поставить «слабее» автомат, если выше стоит мощный?

Правила это допускают, но при трёх условиях одновременно: вышестоящий аппарат обеспечивает мгновенное отключение КЗ; уставки его мгновенных расцепителей меньше коммутационной способности каждого из «слабых» аппаратов; и неселективное отключение всей группы не грозит аварией, порчей дорогого оборудования или расстройством технологического процесса [п. 3.1.25]. То есть это решение проектировщика под конкретный объект, а не универсальный аргумент.

Что такое селективность простыми словами?

Это когда при повреждении отключается только та цепь, где оно произошло, и остальной объект продолжает работать. Правила формулируют это как требование к выбору аппаратов: ток КЗ должен отключаться устройством в повреждённой цепи без какого-либо действия на другие цепи [п. 3.1.17].

Можно ли купить «селективный автомат»?

Нет. Селективность — свойство цепочки аппаратов от вводного до конечного, а не отдельного изделия. Она либо заложена в проекте, либо её нет. Поэтому вопрос «у вас автоматы селективные?» корректно задавать не поставщику, а проектировщику.

Чем защищают от перегрузки, а чем от короткого замыкания?

От перегрузки — тепловыми расцепителями автоматов, предохранителями, тепловыми или электронными реле с контакторами. От КЗ — электромагнитными (термомагнитными, электронными) расцепителями автоматов или предохранителями [пп. 3.1.17 і 3.1.19].

Почему автомат «с запасом» — не всегда лучше?

Потому что Правила требуют одновременного выполнения трёх условий: провести рабочий ток неограниченно долго, выдержать кратковременную перегрузку при пуске двигателей или включении трансформаторов и отключиться за определённое время при угрозе [п. 3.1.6]. Аппарат, выбранный только под пусковой ток, может не увидеть перегрузку, опасную для изоляции.

Какие токи КЗ нужно посчитать?

Двухфазные и трёхфазные, для питающих и групповых цепей, независимо от типа системы (TN, IT, TT). Трёхфазное КЗ определяют в месте установки аппарата защиты, двухфазное — в конце защищаемой цепи [п. 3.1.10].

Что делать, если ни один аппарат не обеспечивает требований?

Изменить характеристики сети и повторить выбор аппаратов [п. 3.1.9]. То есть правильным ответом может быть другой кабель, а не другой автомат — и Правила прямо это предусматривают.

Должно ли быть что-то написано на автомате?

Да. Каждый аппарат защиты должен иметь пояснительную надпись с номинальным током аппарата и уставками расцепителей (или номинальным током плавкой вставки). На сам аппарат надпись наносит изготовитель, на схему возле места установки — предприятие, ответственное за монтаж или эксплуатацию [п. 3.1.27].

Вырабатывается ли ресурс автоматического выключателя?

Да, аппарат имеет коммутационный и механический ресурс. Автомат, который неоднократно отключал короткие замыкания, работал на пределе своей отключающей способности — и является кандидатом на замену, даже если внешне цел. Поэтому по ПТЭЭС аппараты не осматривают, а проверяют с нормированной периодичностью.

Нужна ли защита от исчезновения напряжения?

Если провал напряжения с последующим восстановлением может создать угрозу для людей, животных или имущества — да, и она действует на отключение установки. Если повторное включение опасно, оно не должно быть автоматическим [п. 3.1.15]. Это именно про станки и конвейеры, которые сами запускаются после восстановления питания.

Подберём аппараты по вашей схеме

Отключающую способность аппарата выбирают по току КЗ в конкретной точке, а не по прайсу. Пришлите однолинейную схему или опросный лист — посчитаем состав щита под ваши токи.

Материал носит информационный характер и не является офертой или юридической консультацией. Полный текст Правил мы не публикуем — приводим лишь цитаты с номерами пунктов; официальный текст берите в источнике, указанном выше.

Заполнить опросный лист →

Выбор автоматического выключателя: номинал, Icu, селективность