5.14. Характеристика i2t (интеграл Джоуля)

Исторически в электроэнергетике интеграл Джоуля — интеграл квадратичного тока по данному интервалу времени применялся для оценки термической стойкости кабелей, шин, соединений, электрических аппаратов и др. при коротких замыканиях. Интеграл определялся расчетным путем по значению тока короткого замыкания в течение времени его протекания — от момента возникновения тока короткого замыкания до момента погасания дуги на контактах силового выключателя. Интеграл позволял определить количество энергии, выделившейся на определенном объекте за время действия короткого замыкания.

Применительно к УЗО стандарт определяет характеристику I²_t как кривую, дающую максимальное значение I²_t как функцию ожидаемого тока в указанных условиях эксплуатации:

Интеграл Джоуля определяет количество энергии, пропущенной через УЗО при испытаниях на условный ток короткого замыкания. Характеристика эта энергетическая, она позволяет комплексно оценить стойкость устройства при прохождении через него определенного количества энергии. При протекании через УЗО испытательного тока часть энергии выделяется в конструкции УЗО в виде тепла, динамических усилий, приложенных к проводникам, изоляционным элементам устройства.

Интеграл Джоуля для УЗО с защитой от сверхтоков имеет несколько другой смысл. Он определен для встроенного устройства для защиты от сверхтоков — автоматического выключателя.

Интеграл Джоуля как характеристика автоматического выключателя определяет количество энергии, которую способен пропустить через себя автоматический выключатель до момента отключения тока короткого замыкания.

Этот показатель приобрел особое значение с появлением современных автоматических выключателей с токоограничивающими свойствами, достигаемыми с помощью специальных конструктивных решений — в частности, конструкции дугогасительной камеры и системы магнитного дутья для гашения дуги. В старых конструкциях автоматических выключателей с естественным погасанием дуги в момент перехода тока через «ноль» интеграл Джоуля определялся полной полуволной синусоидального тока. Интеграл Джоуля автоматических выключателей с токоограничивающими свойствами гораздо меньше (рис. 5.2) — в качественных выключателях дуга гасится за четверть периода промышленной частоты.

По показателю токоограничения автоматические выключатели подразделяются на три класса — 1, 2, 3 . Чем выше класс выключателя, тем большую энергию он способен пропустить, тем меньше термическое действие тока короткого замыкания в защищаемой цепи.

В настоящее время в Германии нормы устройства электроустановок для жилых зданий допускают к применению автоматические выключатели с номинальной отключающей способностью не менее 6000 А и классом ограничения энергии не ниже 3. Автоматические выключатели маркируются соответствующим знаком — например, .

Предельные значения характеристики I²_t (пропускаемой энергии в А2с) для автоматических выключателей по EN 60898 D.5.2.b для автоматических выключателей до 16 А (тип В) и от 20 А до 32 А (тип В) приведены в таблице 5.6.

Таблица 5.6

Номинальная отключающая способность, А	Класс ограничения энергии
	1	2	3
In  16 А
3 000	Не нормируется	31 000	15 000
6 000		100 000	35 000
10 000		240 000	70 000
20 А < In  32 А
3 000	Не нормируется	40 000	18 000
6 000		130 000	45 000
10 000		310 000	90 000

Примеры характеристик I²_t автоматических выключателей и УЗО приведены на рис 5.3—5.4.

Для автоматических выключателей, являющихся составной частью УЗО со встроенной защитой от сверхтоков, стандарт ГОСТ Р 51327.1-99 устанавливает зону времятоковой характеристики, аналогично требованиям, предъявляемым к автоматическим выключателям в ГОСТ Р 50345-99 «Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения». Зона времятоковой характеристики расцепления УЗО со встроенной защитой от сверхтоков определена условиями и значениями, установленными в таблице 5.7.

Таблица 5.7

Испытание	Тип	Испытательный ток	Начальное состояние	Время расцепления или нерасцепления	Требуемый результат	Примечание
а	В, С, D	1,13 In	Холодное	t  1 ч (при In < 63 А) t  2 ч (при In > 63А)	Без расцепления	-
b	В, С, D	1,45 In	Немедленно после испытания а	t < 1 ч (при In < 63 А) t < 2 ч (при In > 63А)	Расцепление	Непрерывное нарастание тока в течение 5 с
c	В, С, D	2,55 In	Холодное	1 с < t < 60 c (при In < 32А) 1 с < t < 120 c(при In > 32А)	Расцепление	-
d	B	3 In	Холодное	t > 0,1 с	Без расцепления	Ток создается замыканием вспомогательного выключателя
	C	5 In
	D	10 In
e	B	5 In	Холодное	t < 0,1 с	Расцепление	Ток создается замыканием вспомогательного выключателя
	C	10 In
	D	50 In