Часто під час короткого замикання виникає ситуація, коли замість відключення автоматичного вимикача окремої лінії спрацьовує ввідний автомат, унаслідок чого знеструмлюється весь будинок.

У цій статті ми не будемо заглиблюватися у складні формули та розрахунки. Натомість розглянемо основні принципи селективності та способи її побудови в електричних мережах.

Як працюють автоматичні вимикачі?

Автоматичні вимикачі мають два типи розчіплювачів: тепловий і магнітний.

Тепловий розчіплювач працює за простим принципом: під час проходження струму через біметалічну пластину вона нагрівається та згинається. Коли згин досягає критичного значення, відбувається відключення автомата. Тепловий розчіплювач призначений для захисту від перевантажень. Він спрацьовує не миттєво, а з певною затримкою. Залежно від величини струму, час спрацювання може становити від кількох десятків секунд до однієї години.

Магнітний розчіплювач — це соленоїд (котушка). Коли через нього проходить струм, що перевищує задане значення, відбувається різкий рух штока, який миттєво розмикає контакти автоматичного вимикача. Таке спрацювання відбувається дуже швидко — за частки секунди. Магнітний розчіплювач не захищає від перевантажень і призначений виключно для захисту від коротких замикань.

Автоматичні вимикачі класифікуються не лише за номінальним струмом (10 А, 16 А, 25 А тощо), а й за характеристикою відключення — тобто за тим, при якому перевищенні струму спрацьовує магнітний розчіплювач.

Найпоширеніші типи: B, C, D, K, Z

Вони відрізняються чутливістю до пускових струмів та коротких замикань.

Для квартирних і будинкових щитків найчастіше використовується тип C, як оптимальний компроміс між чутливістю та стійкістю до пускових струмів.

Тип B

Магнітний розчіплювач спрацьовує при струмі 3-5x номіналу. Приклад: Автомат B16 спрацює вже при ~50–80 А.

Тип C

Магнітний розчіплювач спрацьовує при 5-10x номіналів Приклад: C16 → спрацює при ~80–160 А.

Тип D

Магнітний розчіплювач автоматичних вимикачів типу D спрацьовує при струмі, що перевищує номінальний у 10–20 разів. Такі автомати не рекомендується використовувати в побутових електромережах, оскільки струм короткого замикання в них може бути меншим за поріг спрацювання магнітного розчіплювача.

У такому випадку відключення відбудеться лише за рахунок теплового розчіплювача — через кілька секунд після виникнення аварії. За цей час проводка може суттєво перегрітися або навіть пошкодитися.

Автоматичні вимикачі типу D доцільно застосовувати в потужних мережах із великими пусковими струмами, наприклад для промислових компресорів, електродвигунів, насосів та іншого індуктивного обладнання.

Приклад: автомат D16 спрацьовує в діапазоні струмів приблизно від 160 до 320 А.

Тип K та Z є спеціалізованими автоматичними вимикачами і в будинках не застосовуються.

Чому це відбувається?

Типовою є ситуація, коли після електролічильника встановлений автоматичний вимикач C25, а в квартирному щитку — автомати C16 та C10.

Розглянемо приклад: на вводі встановлений C25, а на групах — п’ять автоматів C16. На одній із ліній виникає коротке замикання.

Під час короткого замикання зазвичай протікає струм у межах 100–200 А. Його величина залежить від якості проводки, відстані до трансформаторної підстанції, якості контактів та місця виникнення замикання. Логічно було б очікувати, що в такій ситуації відключиться автомат відповідної лінії. Проте на практиці це відбувається не завжди.

Причина полягає в тому, що для автоматичного вимикача C25 діапазон спрацювання магнітного розчіплювача становить приблизно 125–250 А, що часто потрапляє в діапазон струмів короткого замикання в побутових мережах.

Крім того, в момент аварії на інших групових лініях може залишатися навантаження. Через це загальний струм, який проходить через ввідний автомат, буде більшим, ніж струм, що проходить через автомат пошкодженої лінії. У результаті на магнітний розчіплювач ввідного автомата діє більша сила, ніж на розчіплювач групового автомата. Це призводить до того, що ввідний вимикач може спрацювати швидше, ніж автомат лінії з коротким замиканням, і знеструмити всю квартиру.

Типове вирішення проблеми селективності

Серед електриків негласним «золотим стандартом» вважається автоматичний вимикач типу C. І така логіка цілком зрозуміла: тип C добре витримує короткочасні перевантаження, стабільно реагує на короткі замикання та є універсальним рішенням для більшості побутових мереж. Проте використання автоматів типу C на всіх рівнях електрощита негативно впливає на селективність захисту. У такому випадку відбувається накладання зон спрацювання магнітних розчіплювачів, через що під час аварії може відключатися не лише проблемна лінія, а й увесь ввід.

Одним із найпростіших і водночас ефективних рішень є встановлення автоматичних вимикачів типу B на вихідних лініях. Тип B швидше реагує на короткі замикання та швидше відключається при перевантаженнях, що покращує селективність системи.

У більшості типових квартир відсутні прилади з великими пусковими струмами, тому використання автоматів типу B на групових лініях є цілком безпечним і технічно обґрунтованим рішенням. Це дозволяє значно зменшити ймовірність відключення ввідного автомата під час аварій.

Увага! Не рекомендується встановлювати автоматичний вимикач типу D на вводі. Таке рішення може призвести до небезпечних режимів роботи мережі, перегріву проводки та аварійних ситуацій. Крім того, воно здатне спричинити проблеми з обленерго.

Селективність ПЗВ

Досить поширеним рішенням є встановлення загального ПЗВ на 30 мА та окремого ПЗВ на 10 мА для захисту ванної кімнати. Така схема широко використовується, проте вона має один суттєвий недолік. У разі виникнення витоку струму у ванній кімнаті понад 30 мА часто відбувається одночасне спрацювання обох ПЗВ — як локального, так і загального. У результаті знеструмлюється не лише проблемна зона, а й уся квартира.

На відміну від автоматичних вимикачів, ПЗВ не мають кривих відключення. Вони спрацьовують практично миттєво після досягнення порогового струму витоку, що ускладнює забезпечення селективності.

Один із варіантів вирішення цієї проблеми — підключення ПЗВ ванної кімнати до окремої лінії, незалежної від основного ПЗВ. Проте реалізувати таку схему можливо не завжди, особливо в уже змонтованих електрощитах.

Іншим ефективним рішенням є заміна основного ПЗВ на селективне ПЗВ типу S. Такі пристрої працюють із часовою затримкою: вони не відключаються миттєво, а очікують певний проміжок часу (зазвичай кілька десятків мілісекунд). Якщо за цей час витік не зникає, селективне ПЗВ вимикається. Проте в більшості випадків за цей інтервал встигає спрацювати нижчестояще ПЗВ, що забезпечує необхідну селективність і запобігає повному знеструмленню квартири.

Детальніше про ПЗВ, я розповідав в іншій статті.

Селективність в промисловості

У промислових електромережах, де широко застосовуються потужні електродвигуни та великі навантаження, використовують спеціалізовані автоматичні вимикачі з можливістю налаштування теплового та магнітного захисту.

Флагманські моделі таких автоматів оснащуються електронними розчіплювачами, які дозволяють точно налаштовувати параметри захисту: довготривалу витримку, короткочасну витримку та миттєве відключення.

При цьому всі уставки встановлюються на основі попередніх розрахунків і характеристик навантаження, що забезпечує надійну роботу обладнання та високу селективність системи захисту.

Висновок

Селективність захисту — це важливий інструмент підвищення зручності та стабільності роботи електромережі. Вона дозволяє локалізувати аварію в межах однієї лінії та уникнути повного знеструмлення будинку чи квартири.

Проте варто розуміти, що селективність не є панацеєю. Досягти ідеальної селективності в реальних умовах — складне завдання, яке часто потребує точних розрахунків, дорогого обладнання та компромісів. У побутових мережах це зазвичай економічно та технічно недоцільно.

У квартирах і приватних будинках селективність — це, перш за все, питання комфорту. Вона дозволяє не сидіти в темряві через одну несправну розетку, але рідко є критично необхідною, на відміну від промислових об’єктів, де від стабільності живлення залежать технологічні процеси, безпека персоналу та великі фінансові втрати.

Головне правило полягає в тому, що жодна схема селективності не повинна шкодити основній меті електрозахисту — безпеці. Якщо спроби «вичавити» максимальну селективність призводять до зниження надійності захисту, затримок відключення або ризику перегріву проводки, від такої селективності варто відмовитися.

У кінцевому підсумку правильно спроєктована електромережа — це не та, де все відключається ідеально за схемою, а та, яка стабільно працює, своєчасно реагує на аварії та не створює загроз для людей і майна. Комфорт важливий, але безпека — завжди на першому місці.