Проверка срабатывания автоматических выключателей

Назначение автоматических выключателей – защита распределительных сетей переменного тока и электротехнического оборудования при возникновении нештатной ситуации. Защитные функции обеспечивают устройства, именуемые «расцепителями», которые размыкают контакты автомата при прохождении тока, превышающего номинальное значение. При перегрузке или коротком замыкании должны сработать соответственно тепловые или электромагнитные расцепители.

Испытание автоматических выключателей на срабатывание – одно из ключевых, так как напрямую влияет на безопасность персонала и находящегося под напряжением электрооборудования. Порядок проверки срабатывания автоматических выключателей утверждён в соответствующих стандартах и нормативах ПУЭ. Измеряемая величина – время отключения автомата при заданном значении испытательного тока.

Этапы проверки защитных автоматов согласно ГОСТ Р 50031-2012

Национальным стандартом ГОСТ Р 50031-2012 (Автоматические выключатели для электрооборудования) предписан следующий перечень типовых испытаний защитных автоматов:

• проверка стойкости маркировки;
• проверка надёжности резьбовых, безрезьбовых, паяных, быстросоединяемых выводов и токопроводящих соединений;
• проверка надёжности выводов под внешние проводники;
• тестирование защиты от поражения электрическим током;
• измерение электроизоляционных свойств (влагостойкость, сопротивление, электрическая прочность изоляции главной и вспомогательной цепи);
• тест на превышение температуры;
• проверка работоспособности под нагрузкой номинальным током (28-суточный цикл);
• проверка автоматов на отключающую способность;
• контроль коммуникационной способности;
• проверка устойчивости к току кз;
• тестирование на устойчивость к механическим ударам;
• испытание на термостойкость (работоспособность при высоких температурах внешней среды);
• тестирование на устойчивость к аномальному нагреву и огню;
• испытание на трекингостойкость (устойчивость к созданию токопроводящих каналов);
• тест на коррозийную стойкость (способность аппарата сохранять работоспособность в агрессивной среде).

Приведённый выше список испытаний в полном объёме относится к новым, разработанным «с нуля» автоматическим выключателям, требующим сертификации. Число и стоимость предстоящих проверок определяется заранее и закладывается в цену продукции. 

Этапы испытания автоматических выключателей

Ниже рассматриваются конкретные этапы проверки автомата защиты, имеющие первостепенное значение для определения его работоспособности и соответствия нормативным параметрам.

Измерение характеристик отключения

Цель данного этапа – установление фактических рабочих параметров устройства и их соответствие время-токовым характеристикам (ВТХ), указанным в техдокументации завода-изготовителя. Проверке подлежат следующие показатели отключающей способности:

• значение номинального рабочего тока и тока отключения (отсечки);
• время отключения;
• ток и время мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя;
• влияние внешней температуры.

Последний показатель, характеризующий стабильность защиты при температурных колебаниях, обычно не проверяется при испытании автоматических выключателей до 1000 В (исключение – особые производственные условия).

Контроль коммутационной способности

Для проверки коммутационной способности автоматических выключателей тестируется их отключающая характеристика при штатной и предельной нагрузке. С этой целью проводится многократный цикл «включение/отключение» и последующая диагностика сопротивления контактов. Коммутационные испытания выполняются для двух типов выключателей: основного применения и применяемых в цепях с активной нагрузкой. Допустимые отклонения по току, напряжению и частоте составляют ± 5%. Тестирование проводят в испытательных цепях при помощи резисторов и индукционных катушек, подключенных последовательно к выходным выводам.

При протекании переменного тока его форма должна быть близка к синусоидальной. Если ток постоянный, в его форме не должно наблюдаться видимых пульсаций. Коэффициент мощности и постоянная времени приводятся в соответствующих таблицах ГОСТ Р 50031-2012.    

Устойчивость к токам короткого замыкания

Так как сила тока короткого замыкания, проходящего через автоматический выключатель, во много раз больше номинального рабочего тока, необходимо убедиться в том, что устройство сохранит свою функциональность после прохождения через его полюсы токов кз. Испытание считается пройденным, если:

• отсутствует критический износ испытуемого автомата;
• взаимное положение подвижных контактов и индикатора не изменилось;
• нет повреждений неотъемлемой оболочки;
• не произошло ослабление электрических или механических соединений;
• не случилась утечка изолирующего компаунда (при его наличии).

Выполнение указанных условий означает, что механизм коммутации остался работоспособным, а величина переходного сопротивления контактов не вышла за пределы установленной нормы.

Проверка автомата защиты на подлинность

Любой известный бренд пользуется повышенным спросом, из-за чего на рынке попадаются электротовары-подделки, среди которых немало автоматических выключателей. Эти двойники, вероятней всего, не прошли положенный цикл испытаний и, следовательно, несут потенциальную угрозу для потребителя. В частности, подделку автомата АВВ можно определить по следующим признакам:

1. Качество пластика. У подделки пластик обычно гладкий, глянцевый и пружинистый на ощупь (экономия на материале). У оригинала пластик шершавый, матовый, прочный.
2. Штрих-код. На настоящий автомат он наносится методом лазерной печати, на подделку – обычной краской, которая слезает при царапании ногтем или монеткой.
3. Маркировка. При внимательном рассмотрении можно заметить, что логотип и текст на фальшивке отличается от оригинала. Кроме того, на корпусе подлинного изделия чётко просматривается схема подключения, маркировка Ростеста или знак Таможенного союза.

Существуют и другие идентификаторы, такие как RFID-метка и состояние упаковки. Однако они мало что значат: метка вполне может присутствовать и на подделке, а упаковка оригинала может быть повреждена в процессе транспортировки. Но если русский текст на коробочке содержит орфографические ошибки – это верный признак «левой» продукции. 

Как проверяется срабатывание автоматических выключателей

Проверка автоматов на срабатывание производится согласно методикам, установленным в нормативных документах, и включает в себя следующие направления.

Проверка автоматических выключателей напряжением до 1000 В

Проверка автоматических выключателей напряжением до 1000 В производится по методике, устанавливающей порядок процедур по измерению времени срабатывания выключателей с различными типами расцепителей (тепловыми, электромагнитными и полупроводниковыми). Цель проверки – убедиться в безопасности косвенного прикосновения к нетоковедущим частям электрооборудования при замыкании фазного проводника.

Если сопротивление защитного заземления (R) меньше, чем вычисленное по формуле (50/U₀)*Z₀, т.е.

                                                                                              R< (50/U₀)*Z₀ (1)

где U₀ — номинальное фазное напряжение;

Z₀ — сопротивление цепи фаза-нуль;

то время отключения должно быть не более 5 с для распределительных цепей и не более 0,4 с для цепей, питающих мобильное (передвижное или переносное) электрооборудование. При несоблюдении условия формулы (1) время отключения распределительных цепей должно быть также до 0,4 с.

Испытание автоматических выключателей до 1000В проводится как при вводе их в эксплуатацию, так и в процессе эксплуатации, и включает следующие этапы.

1. Измерение сопротивления изоляции. Между полюсом аппарата и землёй, а также двумя полюсами сопротивление изоляции не должно быть менее 1 МОм. Если к аппарату подсоединены провода и кабели, сопротивление изоляции не должно быть менее 0,5 МОм. Периодичность проверки составляет как минимум 1 раз в 6 лет.
2. Испытание повышенным напряжением в 1000 В при частоте 50 Гц продолжительностью 1 мин. Вместо данного испытания допускается сделать измерение одноминутного значения сопротивления изоляции мегомметром на напряжение 2500 В. Каждая фаза испытывается отдельно, при этом свободные фазы заземляются.
3. Проверка действия максимальных (тепловых, электромагнитных и комбинированных) расцепителей трёхкратным током расцепителя, если иное не указано в паспорте прибора. Полупроводниковые расцепители подвергают проверке током блока защиты (чаще всего шестикратным).
4. Проверка работы автоматов при номинальном и пониженном напряжении – производится посредством многократных включений/отключений, число которых приведено в ПУЭ.

Результаты испытаний оформляют соответствующим протоколом проверки.

Испытания автоматических выключателей методом прогрузки

Методом прогрузки проверяют работоспособность автомата путём измерения тока и времени срабатывания защиты при аномальных условиях работы. Испытания проводят на специальном оборудовании с привлечением персонала, имеющего допуск к операциям подобного рода.

Проверка автоматических выключателей посредством прогрузки предусматривает частичный демонтаж перед проверкой, а после её успешного прохождения – обратный монтаж изделия.

Чтобы провести проверку  теплового расцепителя на испытательном стенде выставляется троекратный нагрузочный ток и максимальное время срабатывания на отключение, указанное в заводской документации. В большинстве случаев это время составляет от 0,5 до 30 сек.

Прогрузка электромагнитного расцепителя производится с целью сверки фактического времени срабатывания с заводским параметром. В этом случае на стенде выводится максимальный ток нагрузки (соответствующий амперажу  конкретного автомата) и измеряется время отключения. Оно должно находиться в пределах допускаемых отклонений.

Проверка работы расцепителей автоматических выключателей

Для проверки действия расцепителей автоматических выключателей используют специальную аппаратуру, к выводам которой подключают клеммы испытуемого выключателя. Далее подаётся ток и засекается время до момента срабатывания расцепителя. Испытание тепловых расцепителей автоматических выключателей проводится в 3 этапа. На каждом из них подаётся ток, превышающий номинальное значение соответственно в 1,13; 1,45 и 2,55 раза. В первом случае расцепитель должен «продержаться» более 1 часа при номинальном токе (I_n)<63 А и более 2 часов при I_n˃63 А. На второй стадии время срабатывания расцепителя не должно быть более 1 часа при (I_n)<63 А и более 2 часов при I_n˃63 А. На третьем этапе расцепитель (после снятия напряжения и охлаждения) обязан сработать в течение 1 минуты при (I_n)<32 А и в течение 2 минут при I_n˃32 А.

Аналогичным образом производится проверка расцепителей автоматических выключателей с электромагнитными расцепителями с той лишь разницей, что на них подаётся фиксированный ток без привязки к номинальному значению. На первой стадии величина подаваемого тока составляет 3, 5 или 10 А (в зависимости от типа выключателя: B, C или D). Срабатывание расцепителя должно произойти через 0,1 сек. На второй стадии остывший автомат находится под действием тока силой соответственно 5, 10 или 20 А. Время срабатывания расцепителя автоматических выключателей в этом случае должно быть не менее 0,1 сек.

Возрастание тока от минимального до максимального значения происходит мгновенно. В момент срабатывания расцепителя фиксируют значение тока и время, за которое была достигнута верхняя граница.    

Эксплуатационные испытания

Под эксплуатационными испытаниями автоматических выключателей понимается комплекс проверок и измерений, который проводится с определённой периодичностью с целью выявления и профилактики дефектов. Такие испытания выполняются в ходе плановых и профилактических проверок электрических сетей, а также после капитального, текущего (планового) или аварийного ремонта.

Важно: официальное заключение о соответствии характеристик автоматического выключателя требованиям и нормативам соответствующих стандартов выдаётся только сертифицированной электроизмерительной лабораторией.

Периодичность проверки автоматических выключателей

Нормативная документация не регламентирует периодичность проверки автоматических выключателей в процессе эксплуатации. Этот вопрос относится к компетенции руководителя, отвечающего за техническую безопасность объекта. Необходимость проверок диктуется тем, что со временем устройство может утратить свои защитные функции и не сработать в критической ситуации.

Обычно для определения периодичности проверок опираются на предписания производителя изделия. Если таковых нет, то при нормальных условиях эксплуатации проверку рекомендуется делать 1 раз в 3 года.

Практика показывает: продукция признанных мировых брендов не требует частых проверок, в то время как проверка автоматов сомнительного происхождения никогда не будет лишней.   

Техника безопасности при проведении измерений и испытаний

Выполнение измерительных и испытательных работ на автоматических выключателях оформляют соответствующим документом (нарядом, заданием и т.п.). Перед началом работ проводят организационно-технические мероприятия, указанные в Межотраслевых правилах по охране труда при эксплуатации электроустановок (ПОТ РМ-016-2001). Измерения и испытания должна выполнять бригада, состоящая как минимум их 2-х специалистов, имеющих квалификационную группу не ниже III.

Подключение входных клемм испытываемых приборов к токопроводящей цепи выполняют при отсутствии напряжения. Если манипуляции проводятся под напряжением до 1000 В, необходимо оградить токоведущие элементы от случайного прикосновения, а в процессе работы пользоваться диэлектрическими галошами, перчатками и изолированным инструментом.

Условия проведения испытаний

В процессе испытаний должны быть соблюдены следующие условия:

• положение выключателя – вертикальное, автономное;
• частота тока – 50±5 Гц;
• не допускается разборка или обслуживание выключателя;
• поперечное сечение присоединённых кабелей выбирается в соответствии со значением номинального тока;
• окружающая температура – (23±2) ⁰С (при отсутствии иных указаний) при относительной влажности воздуха до 80%.

Испытываемые приборы предохраняют от избыточного наружного нагрева или охлаждения. 

Средства измерений, их назначение и технические характеристики

Для проверки характеристик и измерения параметров автоматических выключателей используют специальные приборы, среди которых:

Сатурн-М – устройство, предназначенное для проверки автоматических выключателей с тепловыми и электромагнитными расцепителями в лабораториях и в местах установки путём измерения токо-временных характеристик. Прибор способен регулировать ток кз при подключении испытуемого автомата к сети переменного тока напряжением 220/380 В. Диапазон измерения силы тока: 25-2000 А, диапазоны измерения времени срабатывания: 0,001-0,999; 1,0-99,9; 1-7200 с.    

Синус-1600 – аппарат для испытания автоматов на переменный ток с  расцепителями любого типа путём определения времени срабатывания. При проведении испытаний выводы аппарата подсоединяют к вводам испытуемого выключателя, после чего подаётся ток и засекается время до срабатывания расцепителя. Диапазон регулировки  испытательного тока: 20-1600 А. Диапазоны измерения времени: 0.02-999,9 с. Аппарат особенно эффективен, когда требуется получить испытательный ток с минимальными линейными искажениями.

УПТР-1МЦ – прибор для прогрузки автоматов переменного тока, позволяющий определять характеристики расцепителей любого типа, рассчитанных на номинальный ток до 350 А. Проверка осуществляется как в производственных, так и в лабораторных условиях путём подачи на расцепитель выходного тока в диапазоне от 0 до 5000 А и замера его силы и времени протекания.   

Н2: Требования к погрешности испытаний

Испытания считаются действительными тогда, когда зафиксированные в протоколе испытаний значения находятся в диапазоне следующих допусков:

• по току: +5%;
• по напряжению: ±5%;
• по частоте: ±5%.

В то же время расцепители по техническим условиям допускают больший разброс значений по срабатыванию: тепловые ±10%, электромагнитные ±15%. В этой связи погрешность измерений в 5% не принимается во внимание.