Теплова характеристика спрацювання автоматичного вимикача — чому температура довкілля зміщує номінал

Гід про характеристики спрацювання B/C/D розглядає, як множник магнітного елемента миттєвого розчеплення відрізняє типи автоматів, а гіди про коефіцієнт корекції температури довкілля Ca для кабелів та переріз кабелю та струмове навантаження розглядають, як знижується власне струмове навантаження кабелю за температури довкілля. Ця стаття розглядає пов'язаний, але окремий ефект: власний тепловий елемент перевантаження автомата сам відкалібрований за базової температури довкілля, і його точка спрацювання зміщується, коли встановлена температура довкілля відхиляється від цієї базової точки — незалежно від будь-якого зниження номіналу, застосованого до кабелю, який захищає цей автомат.

Біметалевий елемент за конструкцією є температурочутливим пристроєм

Стандартний термомагнітний автомат за IEC 60898-1 поєднує два окремі механізми спрацювання в одному пристрої: біметалеву пластину, яка реагує на тривалий струм перевантаження нагріванням і вигином, що спричиняє спрацювання автомата, та магнітний (соленоїдний) елемент, який спрацьовує майже миттєво за струмів на рівні короткого замикання. Біметалевий елемент за своїм фізичним принципом дії є пристроєм, що вигинається у відповідь на сумарне тепло, накопичене в пластині — тепло, що генерується струмом, який протікає через неї, плюс тепло, вже наявне з навколишнього повітря. IEC 60898-1 визначає номінальний струм автомата за вказаної базової температури калібрування, зазвичай 30°C (точна базова температура є параметром паспорта виробника, а не універсальною константою, і має бути підтверджена за документацією конкретного виробу, а не прийматися за замовчуванням).

Чому гарячіше середовище означає раніше спрацювання за номінального струму

Якщо автомат номіналом 16 А за базової температури 30°C встановлений у корпусі, що фактично працює, скажімо, за 45°C температури довкілля (правдоподібна умова всередині погано вентильованого розподільного щита, підданого сонячному нагріву або сусіднього з іншим тепловидільним обладнанням), біметалева пластина починає кожну подію перевантаження вже частково нагрітою підвищеною температурою довкілля. Тому вона досягає своєї точки вигину спрацювання за нижчого струму навантаження, ніж 16 А — автомат фактично знижується в номіналі умовами довкілля, навіть якщо його надрукований номінал на шильдику не змінився. Навпаки, автомат, встановлений за значно нижчої температури довкілля, ніж його базова точка (наприклад, необігрівний зовнішній корпус узимку), зазвичай витримує вищий за номінальний струм, перш ніж біметалевий елемент досягне своєї точки вигину спрацювання, що фактично підвищує його номінал.

Що зазнає, а що не зазнає впливу температури довкілля

• Тепловий (біметалевий) елемент — чутливий до температури довкілля. Це механізм захисту від перевантаження, і як його струм спрацювання, так і час спрацювання зміщуються з встановленою температурою довкілля відносно базової точки калібрування.
• Магнітний (миттєвий) елемент — практично не зазнає впливу. Соленоїдний механізм розчеплення реагує на магнітне поле, що генерується струмом на рівні короткого замикання, фізичний ефект, який суттєво не залежить від температури довкілля. Діапазони множника, що визначають типи B/C/D (див. гід B/C/D), залишаються практично сталими в усьому номінальному робочому діапазоні автомата.

Це означає, що температура довкілля змінює поведінку автомата за перевантаження, не змінюючи його поведінку за короткого замикання — відмінність, яку варто мати на увазі при інтерпретації події спрацювання: автомат, що спрацьовує за того, що виглядає як помірне перевантаження в гарячому корпусі, може поводитися саме так, як задумано для цієї температури довкілля, а не несправно.

Таблиці корекції виробника, а не універсальна формула

Сама IEC 60898-1 не публікує єдину криву корекції, застосовну однаково до всіх виробників і моделей — точний відсоток зниження (чи підвищення) номіналу на градус відхилення температури довкілля від базової точки є функцією конкретного біметалевого сплаву, геометрії пластини та конструкції корпуса даної лінійки продукції і публікується виробником у вигляді таблиці чи графіка температурної корекції в паспорті виробу.

Увага: ця стаття свідомо не відтворює конкретний відсоток зниження номіналу на градус, оскільки це значення різниться між виробниками та серіями продукції, а застосування таблиці одного виробника до пристрою іншого виробника саме по собі є поширеною причиною неправильно оціненого запасу захисту. Для конкретної установки слід звертатися до таблиці корекції, опублікованої для цієї точної моделі автомата та конфігурації монтажу в корпусі.

Практична значущість

Коли автомат, що захищає коло, перебуває в корпусі, який працює суттєво гарячіше за базову температуру довкілля, за якої він був відкалібрований — щільно заповнений розподільний щит, зовнішня шафа, піддана прямому сонячному світлу, або корпус, сусідній з іншим тепловидільним обладнанням — слід звернутися до таблиці температурної корекції виробника, щоб встановити реальний струм спрацювання автомата за цієї температури довкілля, замість того щоб читати номінальний струм як гарантований поріг спрацювання незалежно від встановлених умов. Це окрема перевірка, що доповнює власне зниження номіналу кабелю за температурою довкілля, розглянуте в гіді про коефіцієнт корекції Ca — як струмове навантаження кабелю, так і теплова точка спрацювання автомата зміщуються з температурою довкілля, і перевірка координації має враховувати обидва ці зміщення, а не лише одне.

Часті помилки

1. Розгляд номінального струму автомата як фіксованого порогу спрацювання незалежно від встановленої температури довкілля — реальна точка спрацювання теплового біметалевого елемента зміщується з температурою довкілля відносно базової точки калібрування виробника.
2. Припущення, що магнітний елемент миттєвого розчеплення також чутливий до температури довкілля — суттєво зазнає впливу лише тепловий (перевантажувальний) елемент; множник струму короткого замикання, що визначає тип B/C/D, залишається практично сталим.
3. Застосування запам'ятованого відсотка корекції з паспорта одного виробника до автомата іншого виробника чи іншої серії продукції замість звернення до таблиці корекції, опублікованої для конкретного встановленого типу.
4. Корекція струмового навантаження кабелю за температурою довкілля при залишенні неперевіреним власного теплового зниження номіналу захисного автомата — як кабель, так і автомат чутливі до температури, і оцінка координації має послідовно застосовувати обидві корекції.

Пов'язані матеріали

• Характеристики спрацювання B/C/D
• Коефіцієнт корекції температури довкілля Ca — струмове навантаження
• Переріз кабелю та струмове навантаження