Keuze van de automatische schakelaar: soorten en kenmerken van elektrische automaten

Waarschijnlijk hebben velen van ons zich afgevraagd waarom automatische schakelaars zo snel de verouderde smeltveiligheden uit elektrische schema's hebben verdrongen? De actieve implementatie ervan wordt gerechtvaardigd door een aantal zeer overtuigende argumenten, waaronder de mogelijkheid om dit type beveiliging te kopen dat perfect past bij de tijd-stroomgegevens van specifieke soorten elektrische apparatuur.

Twijfelt u welke automaat u precies nodig heeft en weet u niet hoe u deze correct moet kiezen? Wij helpen u de juiste oplossing te vinden – in het artikel wordt de classificatie van deze apparaten besproken. En ook de belangrijke kenmerken waar u bij het kiezen van een automatische schakelaar goed op moet letten.

Om het u gemakkelijker te maken de automaten te begrijpen, is het materiaal van het artikel aangevuld met duidelijke foto's en nuttige video-aanbevelingen van specialisten.

Classificatie van automatische schakelaars

De automaat schakelt de aan hem toevertrouwde lijn vrijwel onmiddellijk uit, waardoor beschadiging van de bedrading en de van het net gevoede apparatuur wordt voorkomen. Na de uitgevoerde uitschakeling kan de tak onmiddellijk opnieuw worden gestart zonder het beveiligingsapparaat te vervangen.

Gewoonlijk worden automatische schakelaars geselecteerd op vier belangrijke parameters – nominale uitschakelcapaciteit, aantal polen, tijd-stroomkarakteristiek en nominale werkstroom.

Op basis van het nominale uitschakelvermogen

Deze eigenschap geeft de toelaatbare kortsluitstroom (KS) aan waarbij de schakelaar zal activeren en, na het openen van het circuit, de bedrading en de aangesloten apparaten zal spanningsloos maken.

Op basis van deze parameter worden drie soorten automaten onderscheiden – 4,5 kA, 6 kA, 10 kA.

1. Automaten van 4,5 kA (4500 A) worden gewoonlijk gebruikt om schade aan de stroomleidingen van particuliere woongebouwen te voorkomen. De weerstand van de bedrading van het onderstation tot de plaats van de kortsluiting (KS) bedraagt ongeveer 0,05 Ω, wat een maximale stroom van ongeveer 500 A oplevert.
2. Apparaten van 6 kA (6000 A) worden gebruikt voor bescherming tegen kortsluiting (KS) in de woonsector, openbare plaatsen, waar de weerstand van lijnen kan oplopen tot 0,04 Ω, wat de kans op een kortsluiting tot 5,5 kA vergroot.
3. Stroomonderbrekers van 10 kA (10000 A) worden gebruikt voor de bescherming van industriële elektrische installaties. Een stroom tot 10000 A kan optreden in een kort elektrisch circuit dat zich dicht bij een onderstation bevindt.

Voordat u de optimale modificatie van de stroomonderbreker kiest, is het belangrijk te begrijpen of er kortsluitstromen mogelijk zijn die hoger zijn dan 4,5 kA of 6 kA?

De nominale uitschakelcapaciteit wordt vermeld in de documentatie van de stroomonderbreker en op de behuizing in de vorm van een code – 4500A, 600A, 10000A of 4,5kA, 6kA, 10kA. Op de voorkant van het apparaat staat informatie over de fabrikant, model, nominale spanning, bestaande uit gegevens van de tijd-stroomkarakteristiek, werkstroom.

De uitschakeling van de automaat vindt plaats bij kortsluiting van de opgegeven waarden. Meestal worden voor huishoudelijk gebruik stroomonderbrekers van de modificatie 6000 A gebruikt.

Modellen van 4500 A worden voor de bescherming van moderne elektriciteitsnetten praktisch niet gebruikt, en in sommige landen is het verboden ze te exploiteren.

Indien u geïnteresseerd bent in hoe u Ampères correct naar Watts kunt omrekenen, raden wij u aan kennis te nemen van het materiaal dat wordt gepresenteerd in het volgende artikel.

Bij detectie van kortsluiting door de automaat wordt de uitschakeling uitgevoerd door de elektromagnetische spoel (situatie A). Bij overschrijding van de nominale stromen wordt het netwerk verbroken door de bimetaalstrip (situatie B).

De werking van de automatische stroomonderbreker bestaat uit het beschermen van de bedrading (niet de apparatuur en gebruikers) tegen kortsluiting en tegen het smelten van de isolatie bij stromen boven de nominale waarden.

Op basis van het aantal polen

Deze eigenschap geeft het maximaal mogelijke aantal draden aan dat op de stroomonderbreker kan worden aangesloten voor netwerkbeveiliging.

Hun uitschakeling vindt plaats bij het ontstaan van een noodsituatie (bij overschrijding van de toegestane stroomwaarden of overschrijding van het niveau van de tijd-stroomcurve).

Deze eigenschap geeft het maximaal mogelijke aantal draden aan dat op de stroomonderbreker kan worden aangesloten voor netwerkbeveiliging. Hun uitschakeling vindt plaats bij het ontstaan van een noodsituatie (bij overschrijding van de toegestane stroomwaarden of overschrijding van het niveau van de tijd-stroomcurve).

Eenpolige automatische stroomonderbrekers

Een enkelpolige schakelaar is de eenvoudigste variant van een automatische schakelaar. Deze is bedoeld voor de bescherming van afzonderlijke circuits, evenals van eenfasige, tweefasige en driefasige elektrische bedrading. Aan de constructie van de schakelaar kunnen 2 draden worden aangesloten: een stroomvoerende draad en een uitgaande draad.

De functie van dit type apparaat omvat alleen de bescherming van de draad tegen brandgevaar. De nulgeleider van de bedrading wordt op de nulleiding geplaatst, waardoor de automatische schakelaar wordt omzeild, en de aardingsdraad wordt afzonderlijk aangesloten op de aardingsrail.

Het aansluiten van een enkelpolige automatische schakelaar gebeurt met een enkeladerige draad, maar soms worden tweeaderige kabels gebruikt. De stroom wordt aan de bovenkant van de schakelaar aangesloten en de te beschermen lijn aan de onderkant, wat de montage vereenvoudigt. De installatie gebeurt op een 18 mm DIN-rail.

Een enkelpolige automatische schakelaar vervult niet de functie van een hoofdschakelaar, omdat bij een gedwongen uitschakeling de faselijn wordt onderbroken, terwijl de nulgeleider verbonden blijft met de spanningsbron, wat geen 100% garantie op bescherming biedt.

Tweepolige automatische schakelaars

Wanneer volledige uitschakeling van het stroomnet nodig is, wordt een tweepolige automatische schakelaar gebruikt.

Deze wordt gebruikt als hoofdschakelaar, zodat bij kortsluiting of een storing in het netwerk de gehele bedrading gelijktijdig spanningsloos wordt. Dit maakt tijdig en volledig veilig reparatie- en moderniseringswerk aan de circuits mogelijk.

Tweepolige automatische schakelaars worden gebruikt wanneer een aparte schakelaar nodig is voor een eenfasig elektrisch apparaat, zoals een waterverwarmer, boiler of machine.

Het aansluiten van een tweepolige automatische schakelaar gebeurt in overeenstemming met het elektrische beveiligingsschema, met gebruik van een 1- of 2-aderige draad (het aantal aders hangt af van het aansluitschema). De montage vindt plaats op een 36 mm DIN-rail.

De automatische schakelaar wordt aangesloten op het te beveiligen apparaat met 4 draden, waarvan twee stroomvoerende draden zijn (de ene wordt rechtstreeks op het net aangesloten, de andere voert stroom via een brug) en twee uitgaande draden die bescherming nodig hebben; deze kunnen 1-, 2- of 3-aderig zijn.

Driepolige automatische schakelaars

Voor de beveiliging van een driefasig 3- of 4-draads netwerk worden driepolige automatische schakelaars gebruikt. Ze zijn geschikt voor aansluiting in sterconfiguratie (de middelste draad blijft onbeschermd, de fasedraden worden op de polen aangesloten) of in driehoekconfiguratie (zonder centrale draad).

Bij een storing op een van de lijnen worden de andere twee automatisch uitgeschakeld.

Het aansluiten van een driepolige automatische schakelaar gebeurt met 1-, 2- of 3-aderige draden. Voor de installatie is een DIN-rail met een breedte van 54 mm nodig.

Een driepolige schakelaar dient als invoer- en algemene schakelaar voor alle soorten driefasige belastingen. Vaak wordt de variant in de industrie gebruikt om elektromotoren van stroom te voorzien.

Op het model kunnen maximaal 6 draden worden aangesloten, waarvan 3 de fasen van het driefasige elektriciteitsnet zijn. De overige 3 zijn de te beveiligen draden. Deze vertegenwoordigen drie eenfasige of één driefasige bedrading.

Vierpolige automatische schakelaars

Voor de beveiliging van een driefasig of vierfasig elektriciteitsnet, bijvoorbeeld van een krachtige motor die is aangesloten volgens het principe van een “ster met uitgenomen nulpunt”, wordt een vierpolige automaat gebruikt. Deze wordt toegepast als ingangsschakelaar voor een driefasig vierdraads net.

De aansluiting van een vierpolige schakelaar gebeurt met 1-, 2-, 3-, 4-aderige draad, het schema hangt af van het type aansluiting. De behuizing wordt gemonteerd op een DIN-rail van 73 mm breed.

Aan de behuizing van de automaat kunnen acht draden worden aangesloten, waarvan drie de fasegeleiders van het elektriciteitsnet zijn (+ één nulgeleider) en vier zijn de uitgaande geleiders (3 fase + 1 neutraal).

Eenfasige verbruikers worden gevoed met een spanning van 220 V, die verkregen kan worden door een van de fasen en de nulleider (neutraal) van het elektriciteitsnet te nemen. Dat wil zeggen dat er in dit geval naast de drie fasen van het elektriciteitsnet nog een geleider is – de nulleider, dus voor de beveiliging en schakeling van een dergelijk elektriciteitsnet worden vierpolige automatische schakelaars geïnstalleerd die alle vier geleiders onderbreken.

Op basis van de tijd-stroomkarakteristiek

Automatische schakelaars kunnen dezelfde nominale belastingsvermogen hebben, maar de stroomverbruikskenmerken van de apparaten kunnen verschillend zijn.

Het opgenomen vermogen kan onregelmatig worden geleverd, variëren afhankelijk van het type en de belasting, en ook bij het in- en uitschakelen of continu gebruik van een bepaald apparaat.

Schommelingen in het opgenomen vermogen kunnen aanzienlijk zijn, en het bereik ervan – breed. Dit leidt tot uitschakeling van de automaat vanwege overschrijding van de nominale stroom, wat als een onterechte netwerkonderbreking wordt beschouwd.

Om de kans op onterechte activering van de zekering bij niet-noodzakelijke standaard veranderingen (verhoging van stroomsterkte, verandering van vermogen) uit te sluiten, worden automaten met bepaalde tijd-stroomkarakteristieken (VTK) gebruikt.

Dit maakt het mogelijk om schakelaars met dezelfde stroomparameters te gebruiken met willekeurige toegestane belastingen zonder valse uitschakelingen.

De VTK tonen na hoeveel tijd de schakelaar zal activeren en wat de verhouding tussen de stroomsterkte en de nominale stroom van de automaat daarbij zal zijn.

Kenmerken van automaten met karakteristiek B

Een automatische schakelaar met de aangegeven karakteristiek schakelt uit binnen 5-20 seconden. De stroomwaarde bedraagt daarbij 3-5 keer de nominale stroom van de schakelaar. Deze modificaties worden gebruikt voor de bescherming van circuits die standaard huishoudelijke apparaten van stroom voorzien.

Meestal wordt het model gebruikt voor de bescherming van bedrading in appartementen en particuliere huizen.

Karakteristiek C – werkingsprincipes

Een automatische schakelaar met de aanduiding C schakelt uit binnen 1-10 seconden bij 5-10 keer de nominale stroom.

Schakelaars van deze groep worden in alle sectoren gebruikt - in huishoudens, bouw, industrie, maar zijn het meest gevraagd in de elektrische bescherming van appartementen, huizen en woonruimtes.

Gebruik van schakelaars met karakteristiek D

Automatische schakelaars van klasse D worden gebruikt in de industrie en zijn verkrijgbaar in driepolige en vierpolige uitvoeringen. Ze worden gebruikt voor de bescherming van krachtige elektromotoren en verschillende 3-fasige apparaten.

De uitschakeltijd van de automatische schakelaar is 1-10 seconden bij een stroom die 10-14 keer de nominale stroom is, waardoor deze effectief kan worden gebruikt voor de bescherming van verschillende bekabelingen.

In het onderste deel van de grafiek wordt de veelvoud van de nominale stroomwaarden weergegeven, op de verticale lijn de uitschakeltijd. Voor karakteristiek B vindt uitschakeling plaats bij 3-5 maal de nominale stroom, voor C bij 5-10 maal, voor D bij 10-14 maal.

Krachtige industriële motoren werken uitsluitend met automatische schakelaars met karakteristiek D.

Wellicht bent u ook geïnteresseerd in het kennisnemen van de markering van automatische schakelaars in een ander artikel van ons.

Op basis van de nominale werkstroom

Er bestaan in totaal 12 modificaties van automatische schakelaars, die verschillen in de nominale werkstroom – 1A, 2A, 3A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A. De parameter bepaalt de uitschakelsnelheid van de schakelaar wanneer de actuele stroom de nominale waarde overschrijdt.

De tabel illustreert het maximale vermogen van elke variant van de schakelaar, op basis van het aansluitschema en de netspanning. Het maximale rendement van de schakelaar wordt bereikt bij aansluiting van de belasting in driehoekconfiguratie.

De keuze van de schakelaar op basis van de aangegeven karakteristiek wordt gemaakt rekening houdend met het vermogen van de elektrische bedrading, de toelaatbare stroom die de bedrading onder normale omstandigheden kan weerstaan. Als de stroomwaarde onbekend is, wordt deze bepaald met formules, waarbij gegevens over de doorsnede van de draad, het materiaal en de installatiemethode worden gebruikt.

Automatische schakelaars van 1A, 2A, 3A worden gebruikt voor de bescherming van circuits met lage stromen. Ze zijn geschikt voor het van stroom voorzien van een klein aantal apparaten, zoals een lamp of kroonluchter, een koelkast met laag vermogen en andere apparaten waarvan het totale vermogen de capaciteit van de schakelaar niet overschrijdt.

Een schakelaar van 3A wordt effectief gebruikt in de industrie, indien deze wordt aangesloten in een driefasige driehoekconfiguratie.

Stroomonderbrekers van 6A, 10A en 16A kunnen worden gebruikt om afzonderlijke elektrische circuits, kleine kamers of appartementen van stroom te voorzien.

Deze modellen worden gebruikt in de industrie om elektromotoren, solenoïden, verwarmingselementen en lasautomaten die op een aparte lijn zijn aangesloten van stroom te voorzien.

Drie- en vierpolige stroomonderbrekers van 16A worden gebruikt als hoofdschakelaar in een driefasige voedingsconfiguratie. In de productie wordt de voorkeur gegeven aan apparaten met D-karakteristiek.

Stroomonderbrekers van 20A, 25A en 32A worden gebruikt voor de beveiliging van de bedrading in moderne appartementen. Ze kunnen wasmachines, verwarmingen, elektrische drogers en andere apparaten met een hoog vermogen van stroom voorzien. Het model van 25A wordt als hoofdschakelaar gebruikt.

Stroomonderbrekers van 40A, 50A en 63A behoren tot de klasse van apparaten met een hoog vermogen. Ze worden gebruikt om krachtige apparatuur van stroom te voorzien in huishoudens, de industrie en de civiele bouw.

Keuze en berekening van automatische schakelaars

Als u de kenmerken van de stroomonderbreker kent, kunt u bepalen welke stroomonderbreker geschikt is voor een bepaald doel. Voordat u het optimale model kiest, moet u echter enkele berekeningen uitvoeren waarmee u de parameters van het gewenste apparaat nauwkeurig kunt bepalen.

Stap #1 – bepaling van het vermogen van de automaat

Bij het kiezen van een stroomonderbreker is het belangrijk om het totale vermogen van de aan te sluiten apparaten in aanmerking te nemen.

Er is bijvoorbeeld een stroomonderbreker nodig voor het aansluiten van keukenapparatuur op de stroomvoorziening. Stel dat er een koffiezetapparaat (1000 W), een koelkast (500 W), een oven (2000 W), een magnetron (2000 W) en een waterkoker (1000 W) op het stopcontact worden aangesloten. Het totale vermogen is 1000+500+2000+2000+1000=6500 (W) of 6,5 kW.

In de tabel wordt het nominale vermogen van enkele huishoudelijke apparaten gegeven, dat nodig is voor hun werking. Volgens de normatieve gegevens worden de doorsnede van de voedingskabel voor hun stroomvoorziening en de stroomonderbreker voor de beveiliging van de bedrading gekozen.

Als u naar de tabel met stroomonderbrekers op basis van aansluitvermogen kijkt en er rekening mee houdt dat de standaardspanning van de bedrading in huishoudelijke omstandigheden 220 V bedraagt, dan is een eenpolige of tweepolige stroomonderbreker van 32A met een totaal vermogen van 7 kW geschikt voor gebruik.

Er moet rekening mee worden gehouden dat een hoger vermogen nodig kan zijn, omdat tijdens het gebruik andere elektrische apparaten kunnen worden aangesloten die oorspronkelijk niet waren meegenomen. Om deze situatie te voorzien, wordt bij de berekening van het totale verbruik een verhogingsfactor gebruikt.

Stel dat door het toevoegen van extra elektrische apparatuur het vermogen met 1,5 kW moet worden verhoogd. Dan moet u de factor 1,5 nemen en deze vermenigvuldigen met het berekende vermogen.

In berekeningen is het soms zinvol om een verlagingsfactor te gebruiken. Deze wordt toegepast wanneer het gelijktijdig gebruik van meerdere apparaten niet mogelijk is.

Stel dat het totale vermogen van de bedrading voor de keuken 3,1 kW bedraagt. Dan is de reductiefactor gelijk aan 1, omdat rekening wordt gehouden met het minimale aantal apparaten dat tegelijkertijd is aangesloten.

Als een van de apparaten niet samen met de anderen kan worden aangesloten, wordt de reductiefactor kleiner dan 1 genomen.

Stap #2 – berekening van het nominale vermogen van de automaat

Nominaal vermogen is het vermogen waarbij de bedrading niet wordt uitgeschakeld.

Het wordt berekend met de formule:

M = N * CT * cos(φ),

Waarbij

• M – vermogen (Watt);
• N – netspanning (Volt);
• CT – stroomsterkte die door de automaat kan gaan (Ampère);
• cos(φ) – de waarde van de cosinus van de hoek, die de waarde aanneemt van de faseverschuiving tussen fasen en spanning.

De cosinuswaarde is meestal gelijk aan 1, omdat er vrijwel geen faseverschuiving tussen stroom en spanning is.

Uit de formule drukken we CT uit:

CT = M/N,

Het vermogen hebben we al bepaald, en de netspanning is meestal 220 Volt.

Als het totale vermogen 3,1 kW is, dan:

CT = 3100/220 = 14.

De resulterende stroom is 14 A.

Voor de berekening bij driefasenbelasting wordt dezelfde formule gebruikt, maar wordt rekening gehouden met faseverschuivingen die grote waarden kunnen bereiken. Deze staan meestal aangegeven op de aangesloten apparatuur.

Stap #3 – berekening van de nominale stroom

De nominale stroom kan worden berekend aan de hand van de documentatie van de elektrische bedrading, maar als die er niet is, wordt deze bepaald op basis van de kenmerken van de geleider.

Voor de berekeningen zijn de volgende gegevens nodig:

• de doorsnedeoppervlak van de geleider;
• het gebruikte materiaal voor de aders (koper of aluminium);
• de manier van aanleg.

In huishoudelijke omstandigheden bevindt de bedrading zich meestal in de muur.

Om de oppervlakte van de doorsnede te berekenen, heeft u een micrometer of een schuifmaat nodig. Meet uitsluitend de geleidende ader, niet de draad en de isolatie.

Na de benodigde metingen berekent u de oppervlakte van de doorsnede:

S = 0,785 * D * D,

Waarbij

• D – de diameter van de geleider (mm);
• S – de oppervlakte van de doorsnede van de geleider (mm²).

Vervolgens gebruikt u de onderstaande tabel.

Nadat u hebt bepaald van welk materiaal de aders van de geleider zijn gemaakt en de doorsnede hebt berekend, kunt u de stroom- en vermogenswaarden bepalen die de elektrische bedrading aankan. De gegevens zijn gegeven voor bedrading die in de muur is verborgen.

Op basis van de verkregen gegevens selecteert u de bedrijfsstroom van de automaat en ook de nominale waarde. Deze moet gelijk zijn aan of kleiner zijn dan de bedrijfsstroom. In sommige gevallen is het toegestaan automaten te gebruiken met een nominale waarde die hoger is dan de effectieve stroom van de bedrading.

Stap #4 – bepaling van de tijd-stroomkarakteristiek

Om de VTK correct te bepalen, moet u rekening houden met de aanloopstromen van de aangesloten belastingen.

De benodigde gegevens kunt u vinden met behulp van de onderstaande tabel.

In de tabel worden enkele soorten elektrische apparaten gegeven, evenals de veelvouden van de aanloopstroom en de duur van de impulsen in seconden.

Aan de hand van de tabel kunt u de stroomsterkte (in Ampère) bij het inschakelen van het apparaat bepalen, evenals de periode waarna de grenstroom opnieuw zal optreden.

Neem bijvoorbeeld een elektrische vleesmolen met een vermogen van 1,5 kW. Bereken de werkstroom uit de tabellen (dit is 6,81 A) en, rekening houdend met de veelvoud van de startstroom (tot 7 keer), krijgen we de stroomwaarde 6,81*7=48 (A).

De stroom van deze sterkte vloeit met een periodiciteit van 1-3 seconden. Gezien de VTK-grafieken voor klasse B, kan men zien dat bij overbelasting de automatische schakelaar in de eerste seconden na het starten van de vleesmolen zal uitschakelen.

Het is duidelijk dat de veelvoud van dit apparaat overeenkomt met klasse C, dus voor de werking van de elektrische vleesmolen moet een automatische schakelaar met karakteristiek C worden gebruikt.

Voor huishoudelijk gebruik worden gewoonlijk schakelaars gebruikt die voldoen aan de karakteristieken B en C. In de industrie wordt voor apparatuur met hoge veelvouden (motoren, voedingen, enz.) een stroom tot 10 keer gecreëerd, dus is het raadzaam om D-modificaties van het apparaat toe te passen.

Echter moet men rekening houden met het vermogen van dergelijke apparaten en ook met de duur van de aanloopstroom.

Autonome automatische schakelaars verschillen van gewone doordat ze in afzonderlijke verdeelkasten worden geïnstalleerd.

De functies van het apparaat omvatten bescherming van de stroomkring tegen onvoorziene spanningspieken, uitschakeling van de elektriciteit op het gehele of een bepaald deel van het netwerk.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De selectie van de automatische schakelaar op basis van de stroomkarakteristiek en een voorbeeld van stroomberekening worden in de volgende video behandeld:

De berekening van de nominale stroom van de automatische schakelaar wordt in de volgende video gedemonstreerd:

Automatische schakelaars worden gemonteerd bij de ingang van het huis of appartement. Ze bevinden zich in stevige plastic dozen. De aanwezigheid van automatische schakelaars in het schema van het huishoudelijk elektriciteitsnet – is een waarborg voor veiligheid. De apparaten maken het mogelijk tijdig de elektrische leiding uit te schakelen als de netparameters de ingestelde drempel overschrijden.

Rekening houdend met de belangrijkste kenmerken van automatische schakelaars, en na het uitvoeren van correcte berekeningen, kan men de juiste keuze van dit apparaat en de installatie ervan maken.

Als u kennis of ervaring heeft met elektrotechnische werkzaamheden, deel dit dan met onze lezers. Laat uw opmerkingen over de keuze van de automatische schakelaar en de nuances van de installatie ervan in de reacties hieronder achter.