Автоматические выключатели 20А
Автоматические выключатели на 20А: конструкция, типы, применение и расчет
Автоматический выключатель (АВ) на 20 ампер представляет собой коммутационный аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от токов перегрузки и короткого замыкания. Номинальный ток 20А является одним из наиболее распространенных значений в бытовых и коммерческих электроустановках, используемым для защиты розеточных групп, цепей освещения и отдельных потребителей. Основная функция аппарата – автоматическое отключение защищаемой цепи при превышении тока сверх установленного значения, а также возможность ручного оперативного включения и отключения.
Конструкция и принцип действия
Современный модульный автоматический выключатель на 20А (однополюсный, шириной 17.5 мм) состоит из следующих ключевых элементов:
- Корпус. Изготавливается из дугостойкой негорючей пластмассы (термопласт). Обеспечивает изоляцию, механическую прочность и крепление на DIN-рейку.
- Система контактов. Включает подвижный и неподвижный контакт, выполненные из материалов с высокой электропроводностью и стойкостью к эрозии (например, серебросодержащие композиты).
- Механизм управления. Рычажно-пружинный механизм, обеспечивающий быстрое независимое от скорости движения руки оператора замыкание и размыкание контактов.
- Расцепители:
- Тепловой расцепитель (биметаллическая пластина). Защита от перегрузки. При протекании тока, превышающего номинальный, биметаллическая пластина нагревается, изгибается и через механизм воздействует на спусковой элемент, вызывая отключение с выдержкой времени (обратнозависимой характеристикой).
- Электромагнитный расцепитель (соленоид). Защита от короткого замыкания. При достижении тока КЗ соленоид мгновенно втягивает сердечник, что приводит к срабатыванию механизма расцепления. Срабатывание происходит за доли секунды.
- Дугогасительная камера. Набор параллельных металлических пластин, которые дробят электрическую дугу, возникающую при размыкании контактов, на ряд коротких дуг, способствуя их быстрому гашению и охлаждению.
- Характеристика B (3-5 In). Срабатывает при токе 60-100А. Применяется для защиты цепей с активной нагрузкой (освещение, розетки, обогреватели) и длинных линий с низкими пусковыми токами.
- Характеристика C (5-10 In). Срабатывает при токе 100-200А. Наиболее распространенный тип для смешанной нагрузки, где присутствуют небольшие пусковые токи (бытовые розеточные сети, цепи с маломощными двигателями, холодильники, кондиционеры).
- Характеристика D (10-20 In). Срабатывает при токе 200-400А. Используется для защиты цепей с высокими пусковыми токами (трансформаторы, мощные электродвигатели, насосы, сварочное оборудование).
- Однополюсный (1P). Разрывает только фазный провод. Используется в однофазных сетях для защиты отдельных линий.
- Двухполюсный (2P). Разрывает и фазный, и нулевой провод. Применяется как вводной автомат в однофазных сетях или для защиты цепей, где требуется полное отключение от сети.
- Трехполюсный (3P). Используется в трехфазных сетях для защиты трехфазных потребителей (двигатели, станки).
- Четырехполюсный (4P). Применяется в трехфазных сетях с системой заземления TN-S, где требуется разрыв нейтрали.
- 4.5 кА – устаревший, но встречающийся стандарт.
- 6 кА – стандарт для большинства бытовых и коммерческих установок.
- 10 кА – повышенная стойкость, рекомендуется для установки рядом с трансформаторными подстанциями.
- 15 кА и выше – для промышленных объектов с высоким уровнем токов КЗ.
- Монтаж осуществляется на стандартную DIN-рейку (TH35) в распределительном щите.
- Затяжка подключаемых проводников должна производиться с моментом, указанным производителем (обычно 2-2.5 Н·м для клемм). Недостаточная затяжка ведет к нагреву и разрушению контакта.
- Автоматический выключатель не требует обслуживания в процессе эксплуатации. При частых срабатываниях необходимо выявить и устранить причину (перегрузка, неисправность оборудования, дефект проводки).
- Запрещается эксплуатация аппарата с видимыми повреждениями корпуса, при подплавлении контактов или если рычаг управления движется с заеданием.
- АВ не предназначен для частых коммутаций в качестве выключателя нагрузки (для этого сущеятся контакторы и рубильники).
- Слабая затяжка контактных клемм. Наиболее частая причина. Требуется проверить и протянуть все соединения под напряжением с соблюдением мер безопасности.
- Превышение номинальной нагрузки. Фактический ток в цепи близок к 20А или превышает его.
- Подключение алюминиевого провода без специальной обработки или переходных элементов. Алюминий имеет свойство «плыть» под давлением, контакт ослабевает.
- Внутренний дефект аппарата. Износ контактов, ослабление внутренних соединений. Такой автомат подлежит замене.
- Механическую проверку: несколько раз включить-выключить аппарат без нагрузки.
- Визуальный контроль на отсутствие повреждений.
- Проверку срабатывания на КЗ с помощью специального прибора (например, токовых клещей с функцией создания нагрузки), но это требует навыков и соблюдения мер безопасности. Самостоятельные проверки срабатывания путем создания короткого замыкания запрещены.
Классификация и характеристики
Автоматические выключатели на 20А различаются по нескольким ключевым параметрам, определяющим область их применения.
1. Время-токовые характеристики (ВТХ) срабатывания
Это основная характеристика, показывающая зависимость времени срабатывания от силы тока. Для аппаратов на 20А наиболее актуальны:
| Характеристика | Диапазон срабатывания электромагнитного расцепителя | Ток мгновенного срабатывания для АВ 20А | Типовое применение |
|---|---|---|---|
| B | 3 In … 5 In | 60А … 100А | Освещение, длинные кабельные линии, активная нагрузка |
| C | 5 In … 10 In | 100А … 200А | Розеточные группы, офисные и бытовые цепи, цепи с умеренными пусковыми токами |
| D | 10 In … 20 In | 200А … 400А | Цепи с высокими индуктивными пусковыми токами (двигатели, трансформаторы) |
2. Количество полюсов
3. Отключающая способность (Icn)
Это максимальный ток короткого замыкания, который автомат способен отключить без разрушения и сохранив работоспособность. Измеряется в кА (килоамперах).
Выбор кабеля и селективность
Автомат на 20А в первую очередь защищает не оборудование, а кабельную линию от перегрева и возгорания. Поэтому его выбор неразрывно связан с сечением и материалом жил кабеля.
| Материал и сечение жилы кабеля | Максимально допустимый длительный ток нагрузки* | Рекомендуемый номинал АВ | Примечание |
|---|---|---|---|
| Медь 1.5 мм² | 19А | 16А | Для освещения. АВ на 20А недопустим. |
| Медь 2.5 мм² | 27А | 20А или 25А | Основное сечение для розеточных групп на 20А. |
| Алюминий 2.5 мм² | 20А | 16А | АВ на 20А допустим только при прокладке по воздуху. |
| Медь 4 мм² | 38А | 25А или 32А | Для АВ на 20А запас по кабелю большой. |
*Значения приведены для кабеля в однослойной прокладке в трубе/гофре при температуре +30°C. Фактические значения могут меняться в зависимости от условий прокладки.
Селективность (избирательность) – это согласованность характеристик защитных аппаратов таким образом, чтобы при возникновении КЗ отключался только автомат, ближайший к месту повреждения. Для обеспечения селективности с аппаратом на 20А, стоящим на отходящей линии, вводной автомат должен иметь более высокий номинал (например, 40-50А) и/или характеристику срабатывания с большей выдержкой (например, вводной – характеристика «C» или «D», отходящий – «B»).
Особенности монтажа и эксплуатации
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Можно ли ставить автомат на 20А на кабель 1.5 мм²?
Нет, категорически нельзя. Допустимый длительный ток для кабеля 1.5 мм² составляет около 19А, но с учетом условий прокладки и необходимости защиты кабеля автомат должен иметь номинал не более 16А (а часто и 10А). Автомат на 20А не обеспечит защиту такого кабеля от перегрузки, что может привести к перегреву, оплавлению изоляции и пожару.
2. Сколько розеток можно подключить на один автомат 20А в однофазной сети 220В?
Количество розеток нормативными документами не ограничивается. Ограничена суммарная мощность подключаемой нагрузки. Для автомата 20А в сети 220В максимальная длительная нагрузка составляет P = I U = 20А 220В = 4400 Вт (4.4 кВт). На одну розеточную группу, защищенную автоматом 20А и кабелем 2.5 мм², рекомендуется планировать нагрузку не более 3.5-4 кВт, с учетом одновременности. Розеток может быть 5-10, но важно, чтобы суммарный ток одновременно работающих приборов не превышал 20А.
3. Чем отличается характеристика «B» от «C» для автомата 20А в быту?
Автомат с характеристикой «C» (100-200А срабатывание) более устойчив к кратковременным броскам тока, которые возникают при включении импульсных блоков питания, маломощных двигателей холодильников или компрессоров. Характеристика «B» (60-100А) более чувствительна и может ложно срабатывать на такие пусковые токи. Поэтому для общих розеточных групп почти всегда выбирают характеристику «C». «B» применяют для освещения или линий большой длины.
4. Почему греется автоматический выключатель на 20А?
Нагрев может быть вызван несколькими причинами, расположенными в порядке убывания вероятности:
5. Что будет, если поставить автомат на 25А вместо 20А?
Это приведет к тому, что защита кабеля (например, сечением 2.5 мм²) станет неадекватной. Кабель рассчитан на 27А, но длительная работа на пределе нежелательна. Автомат на 25А будет пропускать токи, опасные для этого кабеля (например, 23-24А), не отключаясь. Это нарушение ПУЭ (Правил Устройства Электроустановок) и повышение пожарной опасности. Номинал автомата должен быть равен или меньше длительно допустимого тока защищаемого проводника.
6. Как проверить автоматический выключатель на 20А на срабатывание?
Полная проверка характеристик срабатывания (время-токовая кривая) проводится только в специализированных лабораториях с помощью испытательных установок. В условиях эксплуатации можно выполнить:
Заключение
Автоматический выключатель на 20А – критически важный элемент защиты электроцепей. Его корректный выбор, основанный на анализе типа нагрузки (характеристика B, C, D), согласовании с сечением кабеля и условиями эксплуатации, обеспечивает электробезопасность и пожарную безопасность объекта. Монтаж и обслуживание должны выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением требований ПУЭ и инструкций производителя. Использование аппаратов ненадлежащего номинала или низкого качества несет в себе значительные риски и является нарушением действующих нормативов.