Тепловая характеристика срабатывания автоматического выключателя — почему температура окружающей среды смещает номинал

Руководство о характеристиках срабатывания B/C/D рассматривает, как множитель магнитного элемента мгновенного расцепления различает типы автоматов, а руководства о коэффициенте коррекции температуры окружающей среды Ca для кабелей и сечении кабеля и токовой нагрузке рассматривают, как снижается собственная токовая нагрузка кабеля при температуре окружающей среды. Эта статья рассматривает связанный, но отдельный эффект: собственный тепловой элемент перегрузки автомата сам откалиброван при базовой температуре окружающей среды, и его точка срабатывания смещается, когда установленная температура окружающей среды отклоняется от этой базовой точки — независимо от любого снижения номинала, применяемого к кабелю, который защищает этот автомат.

Биметаллический элемент по конструкции является температурочувствительным устройством

Стандартный термомагнитный автомат по IEC 60898-1 сочетает два отдельных механизма расцепления в одном устройстве: биметаллическую пластину, которая реагирует на устойчивый ток перегрузки нагревом и изгибом, вызывающим срабатывание автомата, и магнитный (соленоидный) элемент, который срабатывает почти мгновенно при токах на уровне короткого замыкания. Биметаллический элемент по своему физическому принципу действия является устройством, изгибающимся в ответ на суммарное тепло, накопленное в пластине — тепло, генерируемое протекающим через неё током, плюс тепло, уже присутствующее из окружающего воздуха. IEC 60898-1 определяет номинальный ток автомата при указанной базовой температуре калибровки, обычно 30°C (точная базовая температура является параметром паспорта производителя, а не универсальной константой, и должна быть подтверждена по документации конкретного изделия, а не приниматься по умолчанию).

Почему более горячая среда означает более раннее срабатывание при номинальном токе

Если автомат номиналом 16 А при базовой температуре 30°C установлен в корпусе, который фактически работает, скажем, при 45°C температуры окружающей среды (правдоподобное условие внутри плохо вентилируемого распределительного щита, подверженного солнечному нагреву или соседствующего с другим тепловыделяющим оборудованием), биметаллическая пластина начинает каждое событие перегрузки уже частично нагретой повышенной температурой окружающей среды. Поэтому она достигает своей точки изгиба срабатывания при более низком токе нагрузки, чем 16 А — автомат фактически снижается в номинале условиями окружающей среды, даже если его напечатанный номинал на шильдике не изменился. И наоборот, автомат, установленный при значительно более низкой температуре окружающей среды, чем его базовая точка (например, необогреваемый наружный корпус зимой), как правило, выдерживает более высокий, чем номинальный, ток до того, как биметаллический элемент достигнет своей точки изгиба срабатывания, что фактически повышает его номинал.

Что подвержено, а что не подвержено влиянию температуры окружающей среды

• Тепловой (биметаллический) элемент — чувствителен к температуре окружающей среды. Это механизм защиты от перегрузки, и как его ток срабатывания, так и время срабатывания смещаются с установленной температурой окружающей среды относительно базовой точки калибровки.
• Магнитный (мгновенный) элемент — практически не подвержен влиянию. Соленоидный механизм расцепления реагирует на магнитное поле, генерируемое током на уровне короткого замыкания, физический эффект, который существенно не зависит от температуры окружающей среды. Диапазоны множителя, определяющие типы B/C/D (см. руководство B/C/D), остаются практически постоянными во всём номинальном рабочем диапазоне автомата.

Это означает, что температура окружающей среды изменяет поведение автомата при перегрузке, не изменяя его поведение при коротком замыкании — различие, которое стоит иметь в виду при интерпретации события срабатывания: автомат, срабатывающий при том, что выглядит как умеренная перегрузка в горячем корпусе, может вести себя именно так, как задумано для данной температуры окружающей среды, а не неисправно.

Таблицы коррекции производителя, а не универсальная формула

Сама IEC 60898-1 не публикует единую кривую коррекции, применимую единообразно ко всем производителям и моделям — точный процент снижения (или повышения) номинала на градус отклонения температуры окружающей среды от базовой точки является функцией конкретного биметаллического сплава, геометрии пластины и конструкции корпуса данной линейки продукции и публикуется производителем в виде таблицы или графика температурной коррекции в паспорте изделия.

Внимание: эта статья намеренно не воспроизводит конкретный процент снижения номинала на градус, поскольку это значение различается у разных производителей и серий продукции, а применение таблицы одного производителя к устройству другого производителя само по себе является распространённой причиной неверно оценённого запаса защиты. Для конкретной установки следует обращаться к таблице коррекции, опубликованной для этой точной модели автомата и конфигурации монтажа в корпусе.

Практическая значимость

Когда автомат, защищающий цепь, находится в корпусе, который работает существенно горячее базовой температуры окружающей среды, при которой он был откалиброван — плотно заполненный распределительный щит, наружный шкаф, подверженный прямому солнечному свету, или корпус, соседствующий с другим тепловыделяющим оборудованием — следует обратиться к таблице температурной коррекции производителя, чтобы установить реальный ток срабатывания автомата при этой температуре окружающей среды, вместо того чтобы читать номинальный ток как гарантированный порог срабатывания независимо от установленных условий. Это отдельная проверка, дополняющая собственное снижение номинала кабеля по температуре окружающей среды, рассмотренное в руководстве о коэффициенте коррекции Ca — как токовая нагрузка кабеля, так и тепловая точка срабатывания автомата смещаются с температурой окружающей среды, и проверка координации должна учитывать оба этих смещения, а не только одно.

Частые ошибки

1. Рассмотрение номинального тока автомата как фиксированного порога срабатывания независимо от установленной температуры окружающей среды — реальная точка срабатывания теплового биметаллического элемента смещается с температурой окружающей среды относительно базовой точки калибровки производителя.
2. Предположение, что магнитный элемент мгновенного расцепления также чувствителен к температуре окружающей среды — существенно подвержен влиянию только тепловой (перегрузочный) элемент; множитель тока короткого замыкания, определяющий тип B/C/D, остаётся практически постоянным.
3. Применение запомненного процента коррекции из паспорта одного производителя к автомату другого производителя или другой серии продукции вместо обращения к таблице коррекции, опубликованной для конкретного установленного типа.
4. Коррекция токовой нагрузки кабеля по температуре окружающей среды при оставлении непроверенным собственного теплового снижения номинала защищающего автомата — как кабель, так и автомат чувствительны к температуре, и оценка координации должна последовательно применять обе коррекции.

Связанные материалы

• Характеристики срабатывания B/C/D
• Коэффициент коррекции температуры окружающей среды Ca — токовая нагрузка
• Сечение кабеля и токовая нагрузка