Автоматические выключатели: характеристики B/C/D

Время-токовая характеристика автоматического выключателя определяет, при какой кратности номинального тока он отключает цепь без выдержки времени. Характеристики B, C, D по ГОСТ IEC 60898-1-2020 — стандартный набор для модульных автоматов: B срабатывает при токе 3–5 In, C — при 5–10 In, D — при 10–20 In. Выбор характеристики определяется типом нагрузки и расчётным током короткого замыкания в конце защищаемой линии.

Ниже разобраны действующие стандарты, контрольные точки время-токовой характеристики (тепловой и электромагнитный расцепители), различия между типами B, C, D, K, Z, правила селективности и алгоритм выбора характеристики автоматического выключателя под конкретную нагрузку.

Что такое автоматический выключатель

Автоматический выключатель — коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи в нормальном режиме и автоматически отключать цепь при сверхтоках: перегрузках и коротких замыканиях. В отличие от плавких предохранителей автомат рассчитан на многократное использование и восстанавливает рабочее состояние после устранения причины срабатывания.

Модульный (бытовой) автомат имеет два расцепителя:

Тип характеристики (B, C, D, K, Z) определяет именно кратность срабатывания электромагнитного расцепителя. Тепловой расцепитель в типах B, C, D работает одинаково.

Действующие стандарты на автоматические выключатели

Время-токовая характеристика автоматических выключателей

Время-токовая характеристика (ВТХ) — зависимость времени срабатывания аппарата от величины протекающего тока. На графике с логарифмическими осями она имеет характерный вид с двумя зонами:

• Зона работы теплового расцепителя — пологий участок с большой выдержкой времени, от долей секунды до нескольких часов в зависимости от кратности перегрузки. Точно нормирована контрольными точками 1,13·I_n, 1,45·I_n, 2,55·I_n по ГОСТ IEC 60898-1-2020.
• Зона работы электромагнитного расцепителя — крутой участок с временем срабатывания не более 0,1 с. Кратность начала зоны определяется типом характеристики (B, C, D, K, Z).

Тип характеристики автомата определяет нижнюю границу кратности тока, при которой гарантировано мгновенное отключение. Тепловой участок ВТХ у всех типов B, C, D идентичен.

Контрольные точки теплового расцепителя

По ГОСТ IEC 60898-1-2020 нормированы три обязательных точки проверки теплового расцепителя:

• 1,13·I_n — условный ток нерасцепления: автомат не должен отключаться в течение условного времени (1 ч для I_n ≤ 63 А, 2 ч для I_n > 63 А) из холодного состояния.
• 1,45·I_n — условный ток расцепления: автомат должен отключиться в течение того же условного времени после доведения до 1,13·I_n.
• 2,55·I_n — проверочный ток быстрого срабатывания: время отключения из холодного состояния от 1 до 60 с (I_n ≤ 32 А) или от 1 до 120 с (I_n > 32 А).

Характеристика B: 3–5 In

Электромагнитный расцепитель автомата типа B настроен на срабатывание в диапазоне 3–5 кратностей номинального тока. При токе менее 3·I_n мгновенное отключение не происходит. При токе свыше 5·I_n отключение гарантированно произойдёт в пределах 0,1 с.

Применение

• Линии освещения лампами накаливания и нагревательными приборами без значительных пусковых токов.
• Удалённые потребители на длинных линиях, где ток короткого замыкания снижен из-за сопротивления проводника.
• Защита человека и кабельной линии в системе TN-S с малыми ожидаемыми токами КЗ.

В жилых зданиях характеристика B применяется реже, чем C, поскольку даёт ложные срабатывания при пусковых токах современной бытовой техники (холодильник, насос, компрессор). Основное применение — линии, где гарантировать чувствительность защиты при низком расчётном токе КЗ важнее, чем переносимость пусковых импульсов.

Характеристика C: 5–10 In

Тип C — стандартная универсальная характеристика для бытовых модульных автоматов в групповых линиях. Электромагнитный расцепитель срабатывает в диапазоне 5–10·I_n.

Применение

• Розеточные группы и линии общего назначения в жилых, офисных и общественных помещениях.
• Смешанная нагрузка с умеренными пусковыми токами: бытовая техника, оргтехника, светодиодное и люминесцентное освещение.
• Защита кабельных линий малой и средней длины при достаточном расчётном токе КЗ.

Характеристика C — компромисс между чувствительностью (B) и переносимостью пусковых токов (D). Это объясняет её доминирование в квартирных и офисных щитах.

Характеристика D: 10–20 In

Тип D рассчитан на нагрузки с высокими пусковыми токами. Электромагнитный расцепитель срабатывает в диапазоне 10–20·I_n.

Применение

• Электродвигатели прямого пуска: компрессоры, насосы, вентиляторы, станки. Пусковой ток асинхронного двигателя в 5–8 раз превышает номинальный и может вызвать ложное срабатывание автоматов B или C.
• Силовые трансформаторы с броском включения.
• Сварочное оборудование, мощные конденсаторные батареи.
• Большие ёмкостные нагрузки: блоки питания со значительной входной ёмкостью.

Применение характеристики D для бытовых и розеточных линий нецелесообразно. Высокая кратность срабатывания требует пропорционально большего тока КЗ для гарантированного отключения, что ужесточает требования к сечению кабеля и предельной длине линии.

Характеристики K и Z

Помимо B, C, D в каталогах промышленных автоматов по ГОСТ IEC 60947-2 встречаются типы K и Z.

Типы A, K, Z и др. за пределами диапазонов B/C/D обычно не предусмотрены в модульных бытовых автоматах по ГОСТ IEC 60898-1-2020 и относятся к промышленному коммутационному оборудованию по ГОСТ IEC 60947-2.

Селективность и каскадирование

Селективность — способность системы защиты отключать только повреждённый участок цепи, не затрагивая вышестоящие автоматы. Различают:

• Полная селективность — при любых значениях тока КЗ в зоне защиты нижестоящего автомата срабатывает только он.
• Частичная селективность — селективность обеспечена в ограниченном диапазоне токов; при больших токах КЗ срабатывают оба автомата.
• Каскадирование (резервирование) — режим, при котором вышестоящий автомат с большей отключающей способностью «помогает» нижестоящему отключить ток КЗ, превышающий собственную отключающую способность нижнего.

В системе из двух последовательно установленных автоматов селективность обычно достигается:

• Превышением номинального тока вышестоящего автомата над нижестоящим минимум в 1,6 раза.
• Различием характеристик (например, нижестоящий C, вышестоящий D — со временной задержкой при средних токах КЗ).
• Применением селективных автоматов с регулируемой выдержкой времени по ГОСТ IEC 60947-2 на верхнем уровне распределения.

Полная селективность между двумя модульными автоматами по ГОСТ IEC 60898-1-2020 в зоне действия электромагнитного расцепителя в общем случае не гарантирована. Для критичных применений селективность подтверждается испытаниями производителя или сертифицированной парой по каталогу.

Расчёт и выбор характеристики автоматического выключателя

1. Определите ток нагрузки. Сумма номинальных токов потребителей с учётом коэффициента одновременности и характера нагрузки.
2. Выберите номинальный ток автомата I_n. Не менее расчётного тока нагрузки и не больше допустимого тока кабеля с учётом условий прокладки. Стандартный ряд: 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 А.
3. Определите тип нагрузки. Активная, индуктивная, ёмкостная; наличие пусковых токов; характер бросков включения.
4. Выберите характеристику B, C или D. По таблице 3 в зависимости от типа нагрузки.
5. Рассчитайте ток короткого замыкания в конце линии. С учётом сопротивления питающей сети, трансформатора и кабельной линии. Это базовая проверка чувствительности защиты.
6. Проверьте условие срабатывания. Расчётный ток КЗ I_КЗ в конце защищаемого участка должен быть больше верхней границы кратности мгновенного срабатывания: для B I_КЗ ≥ 5·I_n; для C I_КЗ ≥ 10·I_n; для D I_КЗ ≥ 20·I_n.
7. Выберите отключающую способность I_cn. Не менее максимального ожидаемого тока КЗ в месте установки автомата. Стандартный ряд по ГОСТ IEC 60898-1-2020 в диапазоне до 10 000 А: 1500; 3000; 4500; 6000; 10 000 А; в диапазоне свыше 10 000 до 25 000 А — предпочтительное значение 20 000 А.
8. Проверьте селективность. С вышестоящими и нижестоящими аппаратами защиты по каталогам производителя.

Типичные ошибки

• Произвольный выбор характеристики «по умолчанию». Установка характеристики C без расчёта на длинных линиях может оставить участок без защиты от удалённого КЗ, если ток КЗ не превышает 10·I_n.
• Игнорирование пусковых токов. Установка автомата B или C на линии с компрессором или двигателем прямого пуска приводит к ложным срабатываниям при включении.
• Завышенная характеристика для бытовых линий. Установка D на розеточных группах оставляет линию без защиты от короткого замыкания при недостаточном токе КЗ.
• Игнорирование отключающей способности. Автомат с I_cn = 4500 А во вводном щите промышленного объекта с током КЗ 8000 А — нарушение требований к выбору аппарата.
• Неучёт характеристики кабеля. Номинальный ток автомата выбирается с учётом длительно допустимого тока кабеля; завышенный I_n при недостаточном сечении ведёт к перегреву изоляции при перегрузках, которые автомат не отключит.
• Опора на устаревший ГОСТ Р 50345-2010. С 1 марта 2021 года действующий стандарт — ГОСТ IEC 60898-1-2020. Хотя основные параметры B, C, D и контрольные точки 1,13/1,45/2,55·I_n идентичны, ссылка в проекте должна быть на действующую редакцию.
• Селективность «по виду на каталог». Полная селективность между двумя модульными автоматами не гарантирована в зоне электромагнитного срабатывания. Для ответственных применений требуется проверка по таблицам селективности производителя.

Вопросы и ответы