Определение кривой выключателя: что на самом деле означают кривые срабатывания B, C и D

Автоматический выключатель с кривой срабатывания может не быть новым типом выключателя, но относится к выключателю, время срабатывания которого определяется заранее установленной кривой, позволяющей цепи срабатывать каждый раз при включении двигателя или оставаться замкнутой при горении провода. Легко ошибочно понять, поскольку название не связано с током, а с скоростью реакции выключателя на определённую величину номинального тока. Поэтому независимо от значения ампеража, неправильный выбор кривой срабатывания означает отсутствие решения проблемы, из-за чего одна и та же раздражающая сработка, заставляющая инженера искать выключатель большего размера, может быть легко решена, если изменить всего одну букву в названии. В этом руководстве даётся определение кривой срабатывания, описываются кривые и уровни срабатывания, а также объясняется, почему важно правильно их выбирать.

Вкратце, автоматический выключатель с кривой срабатывания — это специфический тип автоматического выключателя, использующий стандартные кривые (обозначенные буквами B, C или D); каждая кривая отображает временно-токовую характеристику срабатывания, которая указывает настройку магнитного расцепителя. Разные типы автоматических выключателей имеют различные настройки срабатывания, основанные на номинальном токе In. Ток срабатывания автоматического выключателя с кривой определяется в таблице ниже, где выключатель типа B должен срабатывать при 3–5-кратном In, типа C — при 5–10-кратном In, а типа D — при 10–20-кратном In, согласно стандарту IEC/EN 60898-1. Тепловые характеристики одинаковы для всех трёх типов выключателей; однако мгновенный ток срабатывания различается. Таким образом, например, выключатели типа B могут использоваться с электронными нагрузками с низким пусковым током, выключатель типа C — с нагрузками смешанного типа и обычными двигателями, а выключатель типа D предназначен для оборудования с высоким пусковым током.

Что означает “Curve Breaker”

Эта фраза описывает тип автоматического выключателя, который работает согласно заранее установленной временно-токовой характеристике, а не в определённый момент времени, когда срабатывает его выключатель. Каждый тепловой магнитный миниатюрный автоматический выключатель имеет свою “кривую”. “Кривая” — это термин, определяющий поведение этого оборудования при воздействии различных токов.

За этот процесс отвечают два механизма. Первый — тепловой элемент — биметаллическая пластина, нагреваемая током, протекающим через неё. При перегрузке пластина постепенно изгибается до срабатывания; таким образом, она выполняет защитную функцию против медленного перегрева проводки и работает по кривой, называемой обратной временной, поскольку время срабатывания уменьшается с увеличением перегрузки, но не мгновенно. Второй механизм — магнитный элемент, или соленоид, который увеличивает силу, приложенную к цепи, с ростом тока. Так достигается мгновенная часть кривой.

Поскольку оба механизма используются для одного и того же контактного механизма, “кривая” представляет собой поведение этих двух механизмов вместе: плавный наклон обратного времени при низких значениях тока, где работает тепловой механизм, и почти вертикальное снижение в этой части кривой, когда управление берет на себя магнитный механизм. Точка, в которой кривая становится вертикальной, определяется ее буквой. Устройства, построенные по этому принципу, и семейства, к которым они принадлежат, описаны в нашем руководстве по выбору MCB и MCCB.

Практический смысл заключается в том, что кривая не представляет собой качество или номинальный ток. Как автоматический выключатель типа B на 20А, так и типа D на 20А пропускают ток 20А и защищают цепь на 20А. Единственное различие между этими двумя автоматами — это то, какой ток они могут выдерживать в течение коротких промежутков времени.

Анатомия кривой срабатывания

Кривая срабатывания представлена в логарифмических осях. Горизонтальная ось — это ток в виде отношения к номинальному току; то есть I/In. Вертикальная ось — время срабатывания, выраженное в секундах от тысяч секунд до миллисекунд.

Область кривой	Диапазон тока	Механизм	От чего защищает
Область без срабатывания	До примерно 1,13 × I_n	Ни один элемент не срабатывает	— нормальный ток нагрузки
Неопределенная тепловая зона	1,13-1,45 × I_n	Тепловой; может сработать или не сработать в заданное время	Пограничная перегрузка
Определенное тепловое срабатывание	Выше 1,45 × I_n	Тепловой, обратное время	Перегрузка кабеля и перегрев
Магнитный переход	3-5× (B), 5-10× (C), 10-20× (D)	Магнитный, мгновенный	Короткое замыкание и селективность пусковых токов

Вместо того чтобы рассматривать данные в таблице с точки зрения безопасности, их следует воспринимать как историю селективности. Тепловая область одинакова для всех кривых, поскольку защита кабеля — общая задача независимо от типа нагрузки. Именно в магнитной области производитель решает, должен ли прибор сработать при низком токе так, чтобы чувствительное оборудование было защищено, но все допустимые пусковые токи игнорировались, или наоборот — срабатывать с задержкой, позволяя всем пусковым токам проходить, принимая, что устройство будет реагировать на реальные перегрузки медленнее. Буква кривой отражает этот выбор.

Важно четко отметить практическую значимость всего вопроса выбора кривой. Пусковой ток — это реальное и вполне нормальное явление. Обычный асинхронный двигатель потребляет от пяти до восьми крат своего номинального тока в течение очень короткого времени сразу после запуска. Трансформатор при подключении к сети может потреблять от десяти до четырнадцати крат своего номинального тока в первые циклы. Если значение тока ниже любого из этих показателей, устройство срабатывает каждый раз, даже при отсутствии неисправности. Та же логика должна применяться к управляющим контактам вместе с защитными устройствами, так как они выполняют коммутацию, но не устраняют неисправности.

Стандартные кривые

IEC/EN 60898-1 определяет три кривые, используемые в подавляющем большинстве бытовых и легких коммерческих установок.

Кривая	Порог срабатывания магнитного расцепителя	Типичное время срабатывания на пороге	Предназначено для	Общие применения
Тип B	3-5 × I_n	0,1 с и ниже на верхнем конце	Нагрузки с минимальным пусковым током	Осветительные цепи, резистивный нагрев, розетки в бытовых условиях, питание ПЛК и измерительных приборов, цепи управления
Тип C	5-10 × I_n	0,1 с и ниже на верхнем конце	Индуктивные и смешанные нагрузки	Стандартные двигатели, насосы, вентиляторы, системы ОВК, коммерческие розеточные цепи, общая промышленная распределительная сеть
Тип D	10-20 × I_n	0,1 с и ниже на верхнем конце	Очень высокий пусковой ток	Крупные трансформаторы, сварочные аппараты, рентгеновское оборудование, генераторы, крупные двигатели, краны и лифты, компрессоры

Эффективный способ отслеживания иерархии заключается в том, что диапазоны чисел, как правило, идут более-менее последовательно, что означает, что кривые напоминают серию ступеней в допуске. В B количество крат превышения номинала составляет около трех-пяти, в C — от пяти до десяти, а в D — от десяти до двадцати. Выше порога все реагирует почти мгновенно, ниже порога же все должно обрабатываться через более медленный тепловой агент, если это вообще возможно.

Есть два момента, касающиеся типа C, которые стоит отметить. Во-первых, тип C фактически является опцией по умолчанию для большинства коммерческого и производственного оборудования в промышленности, поскольку он достаточно хорош с точки зрения баланса между уровнем допуска пускового тока и уровнем чувствительности к повреждениям. Кроме того, это неплохой вариант для резистивной нагрузки, так как он хорошо работает для защиты кабеля. Основная причина использования типа B — фактор чувствительности: он сработает при меньших магнитных возмущениях и, следовательно, позволит развиться повреждению и повлиять на дорогостоящую цепь управления до того, как устройство типа B сработает.

Другие кривые и варианты

B, C и D являются стандартным набором, но существуют несколько других характеристик для конкретных задач.

Кривая	Магнитный порог	Предназначенное использование
Тип A	2-3 × I_n	Полупроводниковые и электронные нагрузки, требующие очень чувствительной защиты от короткого замыкания; короткие замыкания на длинных кабельных линиях
Тип Z	2-3 × I_n	Электроника и управляющие цепи, где приоритетом является чувствительность; сопоставим с типом A, но с другой стандартной основой
Тип K	8-12 × I_n	Двигатели, трансформаторы и оборудование с высоким пусковым током, где тип D был бы чрезмерно нечувствителен
Тип MA	Только магнитный, около 12 × I_n	Защита цепи двигателя, где перегрузка обрабатывается отдельным реле перегрузки; отсутствует тепловой элемент
Регулируемые характеристики (MCCB)	Регулируется на месте	Автоматические выключатели в литом корпусе, где характеристика и номинал устанавливаются под конкретную установку и могут быть согласованы с устройствами выше по цепи

Различие между семействами устройств важно по этой причине, так как доступные характеристики зависят от стандарта, используемого при производстве выключателя. Миниатюрные автоматические выключатели, соответствующие IEC 60898-1, используют фиксированные характеристики без возможности регулировки из семейств B, C или D. Автоматические выключатели в литом корпусе, соответствующие IEC 60947-2, напротив, обычно имеют возможность некоторой регулировки магнитных и тепловых настроек, что создаёт возможность синхронизации по всей системе распределения в отличие от фиксированных вариантов. Выбор между семействами устройств связан с номиналом, уровнем короткого замыкания и регулировками, а не с выбором характеристики.

Характеристика B против характеристики C

Это самое распространённое практическое сравнение, и ответ почти полностью зависит от пускового тока.

	Тип B	Тип C
Магнитный диапазон срабатывания	3-5 × I_n	5-10 × I_n
Реакция на 6 × I_n всплеск	Срабатывает мгновенно в верхней части диапазона	Может его выдерживать; срабатывает только выше 5 × в зависимости от конкретного устройства
Чувствительность к реальным повреждениям	Выше — обнаруживает короткие замыкания меньшей мощности	Ниже — короткое замыкание низкой мощности может быть обработано тепловым элементом
Риск в цепи двигателя	Высокий риск ложных срабатываний при каждом запуске	Подходит в большинстве случаев
Риск в цепи освещения или электроники	Отсутствует; подходит	Возможное пропускание развивающейся неисправности
Типовая спецификация	Бытовое освещение, розетки, панели управления, измерительные приборы	Двигатели, насосы, HVAC, общее коммерческое и промышленное распределение

Следует отметить, что существует перекрытие между двумя диапазонами: устройство, расположенное в середине диапазона типа B (4 × In), например, не сильно отличается от устройства, расположенного на нижней границе диапазона типа C (5 × In), и на самом деле диапазоны следует рассматривать как интервалы, а не как точные значения, из-за производственных допусков. Именно поэтому ложные срабатывания иногда можно избежать просто сменой производителя, а не характеристики, хотя правильным решением было бы использовать правильную характеристику из опубликованной информации производителя.

Когда нагрузка близка к границе — например, двигатель, который запускается с током прямо на границе диапазона типа C — спецификация должна быть проверена с учетом фактических данных пускового тока оборудования независимо от значений, используемых в расчетах. На самом деле, выбор кривой на основе эмпирического правила, а затем обнаружение после ввода в эксплуатацию, что она не работает, вероятно, является самой распространенной причиной необходимости вскрытия панели. Тот же принцип соответствия устройства нагрузке применяется к конфигурации полюсов, и логика выбора изложена в нашем руководстве по однополюсным и двухполюсным автоматам.

Вопрос о “AC кривой”

В IEC 60898-1 нет определения “AC кривой”, и важно это прояснить, поскольку термин используется на практике. Термин “AC кривая” обычно относится к одному из следующих двух понятий.

Первое — классификация автомата, рассчитанного на переменный ток (AC), а не на постоянный ток (DC). Это справедливый момент, но он относится к номиналу устройства, а не к самой классификации. Автоматы для AC и DC имеют разную конструкцию, так как гораздо сложнее погасить дугу в цепях постоянного тока. Это связано с тем, что ток не достигает нуля дважды за один цикл, поэтому нет естественной точки, в которой дуга гаснет. В результате автомат, рассчитанный на DC, имеет другую конструкцию дугогасительных камер, контактов и магнитных систем, включая различные опубликованные кривые. Использование автомата, рассчитанного на AC, в цепи DC является ошибкой применения, а не ошибкой выбора кривой.
Второе значение этого термина — неправильное понимание типа C в разговоре. Такая путаница возможна в загруженной мастерской и также при переходе через языковой барьер. В случаях реального применения DC — солнечные панели, аккумуляторы, DC тяга, телекоммуникационное питание — следует использовать соответствующие номиналы и кривые для DC, а также может иметь значение полярность. В целом, если в спецификации упоминается “AC кривая”, следует выяснить, что именно имеется в виду, и подтвердить номиналы устройства перед заказом.

Как выбрать кривую

Процесс выбора подходящей кривой — простая процедура. Его следует выполнять последовательно, поскольку пропуск выбора кривой перед оценкой размера кабеля может стать источником проблем.

Рассчитайте ток непрерывной нагрузки. Это определяет значение номинального тока (In) автомата, но не связано с кривой устройства. Автомат предназначен для защиты кабеля, что означает, что пропускная способность кабеля является ограничивающим фактором в процессе.
Найдите значения пускового тока всех элементов цепи. В случае двигателей он будет равен пяти-восьмикратному рабочему току, тогда как трансформаторы и аналогичные индуктивные нагрузки могут создавать ток в 10-14 и более раз превышающий номинальный ток. Вклад резистивных и электронных нагрузок можно пренебречь, так как он будет практически равен нулю.
Рассчитайте отношение пускового тока к номинальному току. Если отношение ниже трехкратного номинального тока, тип кривой B подходит для решения этой задачи. Если отношение находится между тремя и пятью, можно использовать тип B, но тип C будет более надежным выбором. Если отношение выше пяти, тип C является лучшим вариантом. Если расчет показывает отношение выше десятикратного, следует применить кривую типа D.
Обязательно учитывайте тип кабеля и время отключения. Кривые более высокого типа лучше работают с большими токами, но при этом они не функционируют должным образом при средних значениях токов короткого замыкания. Проверьте, что отключение цепи происходит в нужное время даже при низком значении тока короткого замыкания, особенно при длинных кабельных линиях.
Убедитесь, что все устройства выше по цепи относительно данного устройства отключены при использовании данного автоматического выключателя. В случае установки устройства типа D ниже устройства типа C в цепи они могут работать некорректно из-за различных характеристик двух типов при заданном токе короткого замыкания.
Проверьте, что номинал отключающей способности выше ожидаемого тока короткого замыкания в месте установки. Рекомендуется не принимать значение этого тока наугад, а рассчитывать его.
Make sure that the device has passed testing and is certified for use. The following topics are covered in our article regarding UL 489 certification.

Once the correct curve is known, the remaining selection is straightforward. A manufacturer offering B, C and D curves across a single certified product family simplifies both specification and spares holding; the HUM18-63N range, available from 1P to 4P at up to 63 A in B, C and D curves, is an example of that structure and illustrates the specification detail a buyer should expect.

Ambient Temperature and Derating

When it comes to devices that follow IEC 60898-1, the curve identifies behaviour at a reference temperature, generally at 30°C. This is due to the fact that the overload element operates on thermal basis, and as a result, its performance changes along the changes in temperature around it, and this is a common reason of unexpected tripping in installations.

In the case of a hot environment, e.g. for a panel during a hot day, a distribution board in a box exposed to sun, or a breaker next to equipment that produces heat, the bimetallic strip has a higher starting point and reaches its trip point at lower current, which is significant, as manufacturers have tables showing how devices with 20A operating at 60°c would carry a much lesser current, and vice versa, when the unit is functioned at lower temperature level, it would trip at a higher current level.

There are three things worth mentioning. First, when placing devices in warm spots one may select breaker rating based on derating tables data rather than nominal value, which may indicate the need to pick a higher rating. Second, devices installed close together in panels impact each other by means that the manufacturer’s factor has to be added to the ambient correction. Third, if circuit trips only on hot afternoons, it is rather a case of derating issue as opposed to the fault in operation. Where a device is genuinely suspect, the diagnostic approach in our guide to identifying a failed breaker is the place to start.

Common Mistakes

Increasing ampacity rather than modifying the curve is the most severe mistake in this field. Installing a 32 A circuit breaker within a circuit wired using a 20 A electric cable implies that the wires may get hot and insulation may deteriorate before the circuit breaker even operates. In essence, the circuit breaker offers protection to the wire more than to the load.
Installing type D circuit breakers in less specific situations. Type D has the capacity to withstand inrushes but allows moderate fault currents for longer periods which may go unnoticed in susceptible circuits. Type D circuit breakers should only be used for high inrushing situations.
Ignoring ambient correction factor. Sometimes a seemingly correct device may turn out to be wrong due to high temperatures.
Mistaking B, C and D across different manufacturers. There are standards for the bands, but that does not mean that tolerances and the shape of curves remain the same; so it is wise to check the curves manufactured by a specific manufacturer rather than use the approximate values.
Using an AC-rated device on DC current. Direct current requires much more complicated processes.
Neglecting coordination. Even if devices are correctly selected they still may trip incorrectly because of coordination error.
Selecting a curve prior to selecting a cable. The cable defines the rating of the circuit breaker, and the load determines the curve; otherwise, the installation may appear to have followed the rules while not being safe at all.

Standards and Certification

Which standard applies determines which curves exist, what the device is tested to, and what the markings mean.

Стандарт	Applies to	Curve characteristics
IEC/EN 60898-1	Miniature circuit breakers for household and similar installations	Fixed B, C and D curves with defined magnetic bands; domestic and light commercial
IEC/EN 60947-2	Circuit breakers for industrial installations, including MCCBs	Often adjustable thermal and magnetic settings; used where coordination across a system is required
UL 489	Moulded-case circuit breakers for the North American market	Uses different trip-band conventions; devices are not interchangeable with IEC curve types
UL489	Supplementary protectors	Not branch-circuit protective devices; must not be substituted for a UL 489 breaker

The North American distinction causes buyers who operate in multiple markets difficulty. A device that is labeled as “Type C” per IEC 60898-1 and a device that has a C-something catalog number per UL 489 are not the same thing and operate with different trip characteristics. This is particularly important when a single project crosses standards, such as a European panel that must be installed on a North American site: the certification is determined by the law at the installation site, which means that the device must be certified accordingly. The same rationale applies to the auxiliary functions provided by some of these devices: the certification must match the panel, not the catalog name.

Часто задаваемые вопросы

What does it mean to be a curve breaker?

This implies that the behavior of the circuit breaker in terms of tripping is based on a published time-current curve instead of one fixed trip value. Such a curve gives information on the operating time of the device for each multiple of rated current, giving the bottom line about the two types of tripping: a slow thermal one which protects conductors against overloading and instantaneous magnetic one which protects against short circuits. The letter indicating the type of circuitry on the device – B, C or D according to IEC 60898-1 – indicates the multiple to which the particular device belongs: 3-5, 5-10 and 10-20 times of rated current, respectively. The working principle of the curve is to determine the trip time rather the maximum current the device can carry.

What are the three types of breakers?

The standard types in the IEC 60898-1 family are three. The first type is type B with its magnetic trip range of 3 to 5 times the rated current; type C with a magnetic trip of 5 to 10 times rated current; and type D of 10 to 20 times rated current. The type B is suitable for loads that have minimal or negligible inrush, such as lighting, resistance heating, socket outlets and control instruments. Type C is the preferred type for mixed loads and for normal motors which makes it the most frequently used specification in commercial and industrial distribution. Type D is used for equipment that has big inrush loads, like large transformers, welders, generators, X-ray machines and big motors. Apart from these three types, there exist the types A, Z and K designed for specific applications and modern molded circuit breakers usually come with adjustable settings as opposed to fixed ones.

What does the AC curve breaker mean?

The term “AC curve” does not specifically exist in the IEC 60898-1 standard. In reality, “AC curve” could refer to either of two meanings. For example, it can relate to a device rated for AC service instead of DC service since breaking of arcs is considerably more difficult for DC due to the constant flow of electrical current. Devices rated specifically for DC operations have specially developed devices such as arc chutes and contacts. An “AC curve” could also mean type C as a result of malapropism or misunderstanding. It is important to be cautious when using this term since any order needs to indicate the intended meaning of “AC curve”. For application which actually requires working in DC mode such as photovoltaic solar cells or battery storage it is critically important to rely strictly on the devices that are rated for DC operations and use DC curves only by the manufacturers.

What’s the difference between B curve and C curve breakers?

The distinction comes down to the magnetic tripping curve. A Type B breaker trips at 3-5 times its rated current, whereas Type C trips at 5-10 times. In all other regards — that is, thermal overload mechanism, continuous current capacity, and size — they are practically identical. In practice, Type B is more sensitive, which is why it is good at identifying emerging fault conditions in low-inrush circuits; however, it also trips in case of motor startup. Type C is capable of withstanding the five to eight times inrush current produced by the motor while still being sufficiently sensitive for general use. Therefore, it tends to be the default circuit breaker in industrial and commercial installations. In theory, it is not that one type of circuit breaker is better than the other; any of them is appropriate for operating in its own conditions.

Can I fix nuisance tripping by fitting a bigger breaker?

No, this task is very dangerous to do. The amperage rating of a breaker is based on the current-carrying capacity of the wires it protects (typically a 15 A circuit is connected to 14 AWG wires, while a 20 A circuit is normally wired with 12 AWG cables). This means that connecting a 32 A breaker to a 20 A wire may result in an overheating wire which has no protection against overheating and may catch fire. Whenever there is a nuisance tripping problem on the motor circuit, one should rather consider it a curve problem than a rating issue and fix the issue by going from Type B to Type C or from C to D (if the inrush can justify this), while verifying the result on the actual inrush value rather than on speculation.

Ссылки

Заключение

A curve breaker is merely a certain kind of breaker with its particular behaviour being identified by a curve, the only thing that varies with different curves being the current value at which magnetic device will operate. Type B operates at three to five times the nominal current and is appropriate for the loads whose launch is close to smooth; Type C at five to 10 times and is appropriate for the motor and mixed loads dominating typical installations; Type D at 10-20 and exists for transformers, welding machines, and huge equipment emitting such a pulse that the correctly selected breaker would trip all the time. The thermal overload response of all the devices is the same; that’s the point that removes any confusion since it is evident that the curve is about the inrush discrimination and not about the protection capability. In order to avoid nuisance tripping, just define the cable rating, the curve based on the load’s inrush curve, check that the above selected device reacts in short time in case of the lowest fault current, use derating factors and check the coordination with upstream devices.

Определение Curve Breaker: что на самом деле означают кривые срабатывания B, C и D