Выбор автоматов: Автоматы каких производителей выбрать для своего дома?

Как выбрать автоматический выключатель по мощности, по току для дома

Сейчас наличие автоматических выключателей в электрической сети любого дома является уже обычно практикой.

Если раньше такой выключатель и имелся в сети, то только на входе проводки в дом.

Сейчас же их устанавливают на разные ветки сети дома, производящих подачу электрической энергии на определенные потребители.

Функции автоматического выключателя

Обычно знания владельца дома по поводу этих выключателей сводиться к тому, что они защищают приборы, включенные в сеть или одну из ветвей ее от перегрузки.

И это действительно так, но это лишь следствие работы данного устройства.

Основное же назначение – защита проводки от превышений значений силы тока, в первую очередь – критических.

Если коротко, то при превышении силы тока выключатель обесточит ту часть проводки, которая прикреплена к его выходным клеммам. Вот только срабатывание его может быть разным.

При незначительном увеличении силы тока он обесточит сеть через определенный период времени.

А вот при резком скачке, возникающего обычно при коротком замыкании, выключатель сработает практически мгновенно, что убережет проводку от расплавления и возможного возникновения возгорания.

Если рассматривать автоматический выключатель внешне, то особой сложности конструкции его и не видно – просто пластиковый коробок с клеммами для подключения проводки и небольшой тумблер для включения-выключения.

Но это только внешне.

Конструкция автоматического выключателя

Внутренняя же конструкция его не такая уж и простая.

В корпусе располагаются:

• Механизм взвода;
• Винт тепловой установки;
• Биметаллический тепловой расцепитель;
• Электромагнитный катушечный расцепитель;
• Дугогасительная камера;
• Силовые контакты;
• Канал отвода раскаленных газов.

Каждый из этих элементов выполняет определенную работу. Читайте по теме — что такое дифавтомат, как подключить.

Механизм взвода соединен с тумблером, а на концах его установлены силовые контакты. Им и производится передача электрического тока с входящих клемм на выходящие.

Биметаллический (тепловой) расцепитель представляет собой пластину, которая при нагреве изгибается, разъединяя силовые контакты.

Предназначен этот расцепитель для прекращения подачи тока, если его сила не имеет пикового значения.

При незначительном превышении силы тока со временем пластина разогреется и произойдет размыкание контактов. То есть, срабатывает этот расцепитель через определенное время.

Винтом же регулируется зазор между пластиной и контактом. Регулировка этого винта выполняется заводом-изготовителем.

Электромагнитный расцепитель предназначен для мгновенного обесточивания сети. Срабатывает он только при воздействии на него токов больших значений, возникающих при коротком замыкании.

При срабатывании одного из расцепителей, между контактами неизбежно произойдет возникновение электрической дуги, и чем больше сила тока – тем она сильнее.

Чтобы эта дуга не привела к повреждению элементов выключателя, в его конструкцию входит дугогасительная камера, которая гасит внутри себя возникшую дугу.

При всем этом внутри образуются газы с повышенной температурой, которые отводятся по специальному каналу.

Конструктивно все автоматические выключатели практически одинаковы, но рабочие параметры их отличаются.

Существуют определенные критерии выбора автоматических выключателей, которые и учитывают их параметры.

Основные характеристики автоматических выключателей

Ток короткого замыкания

Первым из критериев, который учитывается при выборе автомата, является ток короткого замыкания, он же – отключающая способность выключателя.

Этот критерий характеризует максимальное значение силы тока, при котором автомат сработает, не получив повреждений.

Измеряется данный показатель в Амперах, но поскольку при коротком замыкании сила тока может достигать значительных показателей, то этот критерий для автомата указывается в тысячах Ампер.

Значение силы тока

Вторым критерием при выборе является номинальное значение силы тока, с которым будет работать выключатель.

Этот критерий указывает силу тока, при превышении которой автомат сработает и произойдет обесточивание.

На данный показатель влияет много факторов – сечение провода, материал его изготовления, протяженность проводки до автомата, нагрузка, которая будет создаваться в проводке при подключении электроприборов.

Ток срабатывания

Данный показатель указывает, какое максимальное значение силы тока может выдержать выключатель без срабатывания электромагнитного расцепителя.

Дело в том, что при включении приборов могут возникать пусковые токи, которые зачастую в несколько раз превышают номинальное значение, но при этом они не являются током короткого замыкания. К примеру, при включении компьютера.

Эти пусковые токи краткосрочны, поэтому не приводят к срабатыванию теплового размыкателя, поскольку для этого требуется время, а их сила недостаточна для включения в действие электромагнитного размыкателя.

Критерий поделен на классы, которые указывают, во сколько раз сила пускового тока может превышать номинальную без срабатывания автомата.

Селективность

Исходя из первых трех критериев, условно можно разделить все автоматы для использования на:

1. Малонагруженных сетей;
2. Средненагруженных;
3. Высоконагруженных сетей.

При этом использовать, к примеру, высоконагруженный автомат для ветви сети, которая обеспечивает питание лампочек не только нецелесообразно, но и опасно.

Его характеристики значительно выше, чем требуется для такой сети, поэтому даже при возникновении КЗ он может попросту не сработать.

И наоборот, автомат для малонагруженных сетей при использовании на сетях с большой нагрузкой будет срабатывать даже при небольших перегрузках.

Количество полюсов автомата указывает, с каким из типов сетей он может раб

Выбор автомата по мощности нагрузки и току кабеля

В советский период времени в нашей стране для безопасной работы и защиты от перегрузки, а, следовательно, защиты от возгорания электрической проводки и короткого замыкания использовались предохранители с плавкими вставками.

Такие устройства являлись надежными, но при срабатывании неизбежно перегорал предохранитель. И главным недостатком этих устройств являлась необходимость замены предохранителя на новый.

В быту при замене плавкой вставки многие неопытные обитатели квартир совершали ошибки, так как не умели правильно рассчитать её по нагрузке. Поэтому такие устройства уже не могли должным образом защитить пользователя от пожара.

С развитием современных технологий на смену плавким предохранителям пришли эффективные и точные приборы – автоматические выключатели. Такие устройства являются надежными и хорошо защищают всю электрическую систему дома или каждую её часть по отдельности.

Главный вопрос, который возникает при монтаже электрической проводки – правильный выбор автоматического выключателя. Подробнее об этом вы узнаете из нашей статьи. Мы расскажем о том для чего нужны такие приборы и как правильно выбрать автомат по току, чем отличаются различные виды этих устройств.

Для чего нужен автоматический выключатель

Главная функция автоматического выключателя – защита электрической сети от перегрузки, короткого замыкания и, как следствие, неприятных последствий в виде возгорания электрической проводки или выхода из строя электроприборов.

При возникновении аварийной ситуации, например, при превышении нагрузки, если система не будет защищена, то будет превышен ток, который может выдержать электрический кабель проводки. Он нагреется, изоляция расплавится и произойдет короткое замыкание: сила тока увеличится в тысячи раз и моментально произойдет возгорание всей электрической проводки.

Результат таких происшествий вы часто можете слышать из средств массовой информации с заголовками «в результате возгорания электрической проводки произошел пожар и пострадали люди».

Для недопущения таких последствий, согласно электрической нормативно-технической документации, обязательно необходимо устанавливать автоматические выключатели соответствующего номинала для электропроводки в любом помещении.

Конструктивное устройство автомата

Современные автоматические выключатели принципиально практически ничем не отличаются и имеют в своем составе два устройства: электромагнитный и тепловой расцепители.

Тепловой расцепитель состоит из биметаллической пластины, которая имеет свойство нагреваться при прохождении через нее тока. Если значение тока, проходящего длительное время через автомат, превышает номинальное пропускное значение, то пластина сильно нагревается, изгибается и воздействует на механизм, который отключает данный автомат.

Электромагнитный расцепитель (соленоид) – представляет собой катушку с намотанной на нее проволокой с сердечником и пружиной. Данный механизм защищает электрическую сеть от больших токов (например, из-за короткого замыкания) и мгновенно отключает электропитание при возникновении такой ситуации. Принцип действия прост: при возникновении сверхтока в обмотке катушке появляется наведенный магнитный поток, который перемещает сердечник, тот воздействует на механизм расцепителя и отключает автоматический выключатель.

Что такое номинальный ток автомата

Номинальный ток – это максимально допустимое значение электрического тока, который пропускает автоматический выключатель без отключения сети.

Чтобы понять и сделать выбор автомата по току, нужно исходить из двух факторов:

1. 1. Сечение электрического кабеля – площадь поперечного сечения кабеля электропроводки, который способен без нагрева выдерживать определенную мощность нагрузки.
2. 2. Максимальной нагрузке – мощности всех электроприборов, подключённых к данной линии на максимальном режиме работы.

При выборе автоматического выключателя нельзя ставить защитное устройство номиналом по току выше, чем может выдержать смонтированный силовой кабель. Такой автомат не защитит электропроводку и сработает уже поле перегрева линии.

В любом случае сечение электрического кабеля, номинал автомата и мощность нагрузки между собой очень сильно связаны. Силовой кабель может пропускать ограниченную его сечением величину тока.

Поэтому идеальным вариантом для устройства электрической сети будет такая последовательность: расчет мощности всех потребителей на силовой линии, расчет площади поперечного сечения, монтируемого кабеля по максимальной мощности всех устройств, расчет автоматического выключателя исходя из выбранного кабеля.

Учитывайте ток «неотключения» при выборе

При работе с автоматическими выключателями необходимо знать о таком свойстве, как ток не отключения. Ошибкой является представление о том, что если устанавливать автомат на 32А, то он сработает именно при силе тока в 32А.

Токи не отключения являются важной составляющей при выборе автомата, потому что они могут существенно повлиять на безопасную работу электрической сети.

Чтобы понять откуда берется такое свойство автомата, необходимо проанализировать характеристики автоматических выключателей по времени – току. Информацию о токе не отключения можно получить, посмотрев на горизонтальную ось отношения номинального тока к нагрузке I/In.

Автоматический выключатель может работать не отключаясь при превышении номинала на определенное количество, например, в 1,13 раза.

Поэтому обязательно учитывайте это свойство и рассчитывайте свою силовую линию с запасом.

Еще один момент, который тоже важно учесть в своих расчётах – это время работы при длительной превышающей нагрузке. Чтобы автоматический выключатель сработал при превышении нагрузки в 1,45 раза необходимо некоторое количество времени. Данное свойство регулируется п. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010.

Например, автомат может работать в горячем состоянии 50 секунд, а в холодном более часа при превышении нагрузки в 1,45 раза. Поэтому если сечение выбрано неправильно, то времени для того, чтобы расплавить изоляцию будет более чем достаточно.

Если неправильно выбрать номинал автомата?

Основные ошибки, которые совершают, когда нужно сделать выбор автомата по мощности нагрузки: выбор слишком большого номинала или, наоборот, слишком маленького номинала по току.

Если выбрать устройство с маленьким номиналом, то автоматический выключатель будет постоянно выключаться при работе электрических приборов, будет пропадать освещение и переставать работать важные механизмы. В таком случае у проложенного кабеля будет запас мощности, но автоматический выключатель не позволит пропускать через себя ток, выше его номинала (который будет меньше номинала кабеля).

Во втором случае при неправильном выборе автомата, с «запасом» по мощности – вы подвергнете себя риску возгорания электрической проводки. Так как мощность, на которую рассчитана кабельная линия будет существенно ниже пропускной способности автоматического выключателя и он просто не сработает, так как электрический кабель уже будет плавится, а у автомата еще будет запас работы.

Плюс ко всему чем выше номинал автомата, тем он дороже. При совершении такой ошибки вы переплатите деньги и подвергнете себя существенному риску, работа электрической системы будет неэффективной и небезопасной.

Очень часто возникает проблема, в том, что автомат отключается или работает неправильно, но номинал его выбран верно. Это происходит по той причине, что неправильно выбран класс устройства, который связан с характеристиками расцепителя.

Сечение проводки должно выдерживать нагрузку

Очень важный момент при расчете и монтаже электропроводки, это правильный выбор электрического кабеля по пропускной способности его площади поперечного сечения. Бывает так, что люди забывают об этом: суммируют мощность всех приборов, покупают нужный автомат, а о проводке забывают.

Через какое-то время это может привести к выходу из строя силовой линии, так как параметры кабеля не были учтены при расчете.

Если сечение электрического кабеля 1,5 мм.кв. с максимальной пропускной способностью в 15 А, а автомат стоит номиналом 25 А. То при превышении нагрузки свыше 15 А, электропроводка будет разогреваться и плавится, но предел для отключения автомата еще не наступит. Это может привести к пожару и печальным последствиям.

Как выбрать автоматический выключатель

Часто думают, что выбор автомата по мощности нагрузки очень прост: взять мощность всех подключаемых приборов, поделить на напряжение сети и получится номинал автомата. Данное правило исходит из законов физики и в целом верно. Но для грамотного выбора защитного устройства важно учесть поперечное сечение отходящих проводников.

Итак, разберемся в вопросе «Как выбрать автоматический выключатель?».

Пример №1

Вы решили заменить электрический щиток со всеми автоматическими выключателями, но проводку решили оставить старую из советского алюминия, которая есть повсеместно в старых домах.

Вне зависимости от того, в каком состоянии у вас алюминиевая электрическая проводка в квартире, вариант у вас один: не ставить защитный автомат номиналом выше 16 А на каждую линию.

Давайте разберёмся, почему только такой вариант.

В ПУЭ таблицу 1.3.5 «Допустимый длительный ток для проводников с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами» у алюминиевых проводов сечением 2,5 мм. кв. указан допустимый ток в 19 А.

Это значит, что длительно и безопасно через данную линию может протекать ток не более 19 А. Автоматический выключатель при расчётах всегда выбирается близкий в наименьшую сторону, для того, чтобы был запас по току. Если в расчетах получается 19А, то правильный выбор автомата по мощности нагрузки будет устройство на 16А.

В такой ситуации выход только один: если у вас много приборов, то не следует их включать одновременно. Старайтесь разделить по времени работу электроприборов.

Например, сначала работает электрический чайник, после этого посудомойка моет посуду, а по завершении вы включаете стиральную машину. Тогда у вас все будет работать исправно и автомат не будет постоянно отключаться.

Если же вы хотите не думать о том, какой прибор включать и забыть о том, что нельзя включат одновременно, то лучшим решением будет заменить электропроводку.

Пример №2

Вы решили заменить электропроводку и автоматические выключатели полностью.

В ходе такого ремонта вы в любом случае будете разделять линии и ставить несколько автоматических выключателей для разных комнат и групп приборов, соответственно придется монтировать электрический щиток со множеством автоматов.

Для решения этого вопроса вам необходимо действовать по плану, указанному ранее: рассчитать максимальную мощность электрических приборов на каждую линии, выбрать сечение силового кабеля относительно мощности подключаемых приборов и защитить эту линию автоматом необходимого номинала.

Для понимания всего вышесказанного приведем дополнительный пример выбора.

Пример выбора автоматического выключателя

Вы имеете на кухне чайник 1,5кВт, микроволновую печь 1 кВт, мультиварку 1кВт телевизор в 0,4 кВт, посудомоечную машину 3 кВт, духовой шкаф 3,5 кВт, электрическую плитку или варочную панель 6кВт.

Правильное решение вопроса по количеству силовых линий и их мощности будет следующим:

На 1 линию, сечением кабеля в 2,5 кв.мм и автоматом в 16А можем подключать чайник, мультиварку, микроволновую печь и телевизор. Как посчитали:

Итого: 1500Вт + 1000 Вт + 1000Вт +400Вт = 3900Вт

По Закону Ома (I=P/U). Соответственно 3900/220 = 17,7 А – это ток, который будут потребить все приборы вместе при одновременном включении.

Выбрать сечение электрического кабеля можно из таблицы 1.3.4 из ПУЭ. Для тока 17,7 А выбираем сечение исходя из таблицы в 2,5 кв.мм для медного трехжильного кабеля проложенного закрытым способом. Из той же таблицы мы можем узнать номинальный ток, при котором не будет сильно разогреваться провод и плавится изоляция: это 21 А.

Исходя из расчетов на такую линию для ее защиты можно ставить автоматический выключатель 16А с учетом того, что все эти приборы вряд ли будут работать всегда одновременно.

Плюс при выборе автомата с наименьшим номиналом к кабелю еще в том, что очень часто продаются провода, выполненные не по ГОСТу, и имеют сечение ниже заявленного. Поэтому от таких ситуаций выбор автомата с наименьшим значением убережет вас и прекрасно защитит электропроводку.

Аналогично этим расчетам выбираем электрический кабель и автоматы для других приборов и освещения:

• — для освещения кабель 1,5 кв.мм и автомат на 10А;
• — для духового шкафа кабель 2,5 кв.мм и автомат 16А;
• — для посудомоечной машины 2,5 кв.мм и автомат 16А;
• — для электроплиты кабель 6 кв.мм и автомат на 32А.

В итоге можно понять на какой кабель ставится определенный автомат, запомнить это и использовать в быту:

• — для кабеля 1,5 кв.мм: автомат на 10А;
• — для кабеля 2,5 кв.мм: автомат 16А;
• — для кабеля 4 кв.мм: автомат 25А;
• — для кабеля 6 кв.мм: автомат на 32А.

Учитывайте температуру при выборе номинала автомата

Выбор автомата по мощности нагрузки часто сопровождается одной ошибкой: не учитывается температура помещения, в котором монтируется электрическая проводка. В ГОСТ 50345-2010 прямо указано, что характеристики устройств автоматического отключения и защиты даны для температуры окружающей среды +30 градусов Цельсия.

Из-за особенностей работы биметаллического расцепителя (он нагревается и изгибается под воздействием высокой температуры) в помещениях с минусовой температурой воздуха данный механизм будет нагреваться дольше и иметь задержку в реагировании на превышение тока.

И, соответственно, при высокой температуры среды, данный расцепитель сработает быстрее.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

технические характеристики и критерии выбора

Содержание статьи:

Автоматические выключатели – это распространенные устройства, которые предназначены для защиты электропроводки в помещении от перегрузок сети и токов короткого замыкания. Если произойдет нештатная ситуация и по жилам проводов пройдет сверхток, изоляция может мгновенно расплавиться, что приведет к возгоранию. Последствия могут быть плачевными. Чтобы предотвратить трагичные события, достаточно установить автоматический выключатель с учетом технических параметров сети.

Зачем нужны автоматы для электропроводки

Схема автоматов в щитке

Прежде чем разобраться, какие автоматы лучше и надежнее для квартирной электропроводки, следует выяснить, зачем вообще нужны эти устройства. Причины, по которым лучше приобрести автомат для квартиры:

• В случае возникновения аварийной или нештатной ситуации легче установить причину, при условии, что защита установлена на каждой линии.
• Осветительные приборы отключатся лишь в одной комнате, а не по всей квартире, следовательно, не будет необходимости в полной темноте искать альтернативные источники освещения. То же самое касается розеток. Если на линии, где работает холодильник, произошли неполадки, водонагревательный бак продолжит работу в штатном режиме.

В сравнении с пробками, оснащенными плавкими вставками, и автоматическими пробками, автоматы имеют много преимуществ.

Основные правила расчета параметров

Следует определиться, какие автоматы ставить в квартиру и как правильно провести расчеты для выбора подходящей модели.

Существует два основных правила расчета параметров автоматических выключателей:

• Номинальный ток должен незначительно превышать показатели допустимой мощности конкретной линии при максимальной нагрузке. Обеспечить максимальную нагрузку на линию достаточно просто, необходимо одновременно включить всю бытовую технику, осветительные и электрические приборы. Если пренебречь этим правилом, автомат будет непрерывно выключаться.
• Чтобы не допустить перегрева жил проводов, должен быть предел по максимальным показателям тока. В противном случае по отношению к электропроводке автомат не выполнит своей защитной функции. Стоит обратить внимание на одну распространенную ошибку при выборе автомата – «главное, чтобы не меньше по току». Такой подход приведет к тому, что автомат не будет срабатывать даже в тот момент, когда проводка будет гореть.

Вычислить максимальную силу тока можно по техническим характеристикам кабельной продукции. Этот параметр у устройства защиты должен быть немного меньше, чем для проводника.

Допустимые пределы нагрузки тока для электропроводки в квартире указаны в таблице ПУЭ (для кабелей с медными жилами):

Критерии выбора электроавтомата для квартиры

Схема распределительного щитка

Для качественной защиты проводки и бытовой техники в квартире нужно правильно рассчитать важные параметры устройства. Приобретая автомат на розетки, нужно обратить внимание на следующие критерии выбора:

• ток короткого замыкания;
• рабочий ток;
• ток срабатывания;
• селективность;
• число полюсов.

Ток короткого замыкания

Для выбора автоматического переключателя по току короткого замыкания нужно учитывать одно важное правило – автоматы с отключающей способностью менее 6 кА устанавливать запрещается (это правило прописано в ПУЭ). Используются устройства с номиналами 3, 4, 5, 6 и 10 кА. Если квартира находится в доме, который расположен около трансформаторной подстанции, лучше отдавать предпочтение автоматам с номиналом в 10 кА. В остальных случаях целесообразно монтировать автоматические выключатели с предельным коротким замыканием в 6000 Ампер.

Номинальный (рабочий) ток

Эта характеристическая особенность отражает значение тока, свыше которого произойдет разрыв цепи и автомат отключит электроэнергию во избежание перегрузок и сгорания бытовой техники.

Чтобы подобрать подходящее значение, нужно проанализировать суммарную мощность потребителей электроэнергии, а также сечение кабеля домашних проводов. Чем больше сечение у жил, тем больше их пропускная способность, т.е. они смогут выдержать большую нагрузку.

Для выбора подходящей технической характеристики автомата требуется найти таблицы выбора сечения кабеля по току, номинал автомата и таблицу выбора по мощности. Они прописаны в издании Правил Установки Электрооборудования.

Ток срабатывания

Параллельно с номинальным током требуется подбирать и номинал по току срабатывания. При включении бытовой техники пусковой ток может значительно превышать показатели номинального. Чтобы каждый раз автомат не срабатывал, нужно правильно подобрать класс коммутационного устройства.

В домашних условиях могут применяться классы B, C и D. Но предпочтительнее всего приобретать класс В, особенно если кухня не оснащена мощными электрическими приборами. Если в помещении установлен электрический котел или мощная бытовая техника, стоит приобретать модель из класса С.

Селективность

Суть этого понятия заключается в аварийном отключении не всей квартиры, а лишь аварийной линии. В данном случае нужно вникнуть в технические особенности и выбрать номиналы автоматических выключателей в соответствии с обслуживающей линией.

Номинальный ток вводного коммутационного устройства должен превышать показатели рабочего тока всех остальных рабочих узлов, находящихся в распределительном щитке. Для частных квартир рекомендуется отдавать предпочтение автомату с вводом на 40 А.

Число полюсов

С количеством полюсов, как правило, возникает меньше всего трудностей при выборе защитного устройства.

• Для однофазной сети в 220 Вт необходимо устанавливать двухполюсный однофазный автомат.
• Если проводка в квартире трехфазная, на ввод требуется монтировать четырехполюсное коммутационное устройство.

Для защиты электродвигателей бытовой техники лучше отдавать предпочтение трехполюсным устройствам на 380 Вольт.

Особенности автоматов для розеток некоторых известных марок

В строительных магазинах можно увидеть большой ассортимент автоматических выключателей от разных производителей. Некоторые из них применяют собственную маркировочную систему, ознакомиться с характеристиками модели можно по специальному каталожному номеру.

К наиболее востребованным и надежным автоматическим выключателям можно отнести:

• «АВВ» – автоматы, обладающие модульной конструкцией. Разработчики – шведско-швейцарская компания. Выпускают разные модификации, предназначенные для разного напряжения и расчетных токов.
• «АЕ» – эффективное устройство российского производства. Выпускается данная защитная арматура в разных конфигурациях, поэтому трудностей в выборе подходящего устройства возникнуть не должно.

Также при выборе автоматического выключателя домой следует обратить внимание на производителей «Дженерал Электрик» и «Легранд». Большинство зарубежных производителей по лицензии изготавливают свою продукцию на российских и китайских заводах.

АЕ

General Electric

АВВ

Legrand

Распространенные ошибки при покупке

При выборе оборудования неопытные в этой сфере люди часто допускают одни и те же ошибки по нагрузке и силе тока. Если защитное устройство будет выбрано неправильно, последствия могут сильно «ударить» по карману и отнять много времени.

Чтобы предотвратить подобные вещи, нужно ознакомиться с распространенными ошибками. В будущем это позволит правильно выбрать автоматический выключатель для своей квартиры.

• При выборе номинала автомата следует больше внимания уделять не мощности всей бытовой техники, осветительных и электрических приборов, а состоянию электропроводки. Если проводка старая, ориентироваться на технические характеристики используемых потребителей электроэнергии может быть опасно. Например, для защиты электрической плиты требуется номинал автомата 32 А, а площадь сечения старого кабеля, изготовленного из алюминия, способно выдерживать ток лишь в 10 А. Результат – проводка перегревается и плавится, что становится причиной короткого замыкания. Если для обеспечения всех потребностей нужен мощный защитный коммутатор, прежде всего в квартире нужно заменить проводку.
• Электромонтажники настоятельно рекомендуют приобретать всю автоматику в квартиру от одного производителя. Такой подход позволяет избегать проблем, связанных с несоответствием элементов при установке и работе устройств.
• Приобретать защитные автоматы нужно только в специализированных магазинах у официального представителя известного и хорошо зарекомендовавшего себя производителя. Лишь такой подход защитит от приобретения подделок. При покупке у официальных представителей стоимость автоматов будет ниже, чем у посредников.

Бывает, что при расчете потенциала автомата по рабочему току показатель выходит средним между существующими. Например, результат 14 А, а в магазинах представлены модели с номиналами 10 А и 16 А. Если проводка установлена новая, можно отдавать предпочтение последней модели. Если же нет гарантии, что проводка выдержит такую нагрузку, лучше выбрать первую.

Автоматические выключатели – это ценное устройство, помогающее предотвратить много проблем, связанных с электроэнергией. Если есть сомнения, для выбора подходящего автомата лучше обратиться в технический отдел РЭСа за консультацией специалистов.

Выключатель автоматический: как выбрать — 9 схем

Со времен далекой молодости после окончания института в памяти запечатлелась картинка: я у друга в однокомнатной квартире. Мы сидим за шахматами. Его молодая жена шьет рядом.

По комнате бодро ходит малыш. Ему еще нет годика: познает мир. В левой руке какая-то погремушка, в правой — женская шпилька от волос.

И вдруг — ужас! На наших глазах он вставляет эту проволоку в розетку, получает удар током. Мышцы ног мгновенно реагируют: прыжок от стенки метра на полтора. Мальчик падает.

Из розетки вырывается пламя и дым. Знаете, чем все закончилось? Пацан отделался легким испугом, а алюминиевая проводка от розетки до распределительной коробки выгорела полностью. Свет не отключился.

Защиты от короткого замыкания не сработали: автомат заклинило, но пожара не было. Огонь просто погас внутри бетонной стены после того, как отгорел провод. Шпилька успела привариться к контакту розетки.

Вот я и решил написать подробную инструкцию, что такое выключатель автоматический: как выбрать его модуль за 9 шагов поэтапно. Будете выполнять — избавитесь от многих неприятностей.

Содержание статьи

Автоматический выключатель: принцип работы и устройство в картинках

Основное назначение автомата — ликвидировать аварийные ситуации в подключенных токовых цепях. Они бывают двух видов:

1. Короткие замыкания (КЗ) или “коротец”, как их называют на жаргоне электриков.
2. Перегрузки.

КЗ возникают за счет подключения к цепям действующего напряжения электрических цепочек с минимальным сопротивлением, которые создают громадные токи, зависящие от мощности питающих источников.

Токи коротких замыканий могут прожигать не только изоляцию воздушной среды во время ее ионизации, но и плавить металл проводки, вызывать
пожар, причинять другие беды.

На принципе управления токов коротких замыканий работают многочисленные сварочные аппараты, люди успешно пользуются ими. Но, внезапно появляющиеся КЗ наносят огромный вред.

Перегрузки опасны тем, что незаметно создают перегрев изоляции, повреждают ее. За счет возникших в ней дефектов появляются опасные токи утечек, которые способны выявить и ликвидировать только УЗО.

Перегрузки тоже являются частой причиной пожаров оборудования.

Конструкция автоматического выключателя состоит из двух раздельных модулей, каждый из которых работает, реагируя преимущественно на КЗ или перегрузку. Это:

1. Электромагнитная отсечка.
2. Тепловой расцепитель.

Простая кинематическая схема показывает устройство автоматического выключателя и принцип его работы.

Электрический ток протекает от сети к нагрузке сквозь замкнутые главные контакты и катушку соленоида отключения. Тепловое воздействие воспринимается биметаллической пластиной, а силовое — сердечником электромагнита.

Биметалл или сердечник в критической ситуации бьют по поворотному рычагу, выколачивая его из зацепления с защелкой, удерживающей главный контакт во включенном состоянии. Под действием сильной отключающей пружины он быстро размыкает электрическую цепь.

Конструктивно все производители реализуют этот принцип по своим разработкам. Поэтому они немного отличаются на всех моделях. Но, общее представление внутреннего устройства дает следующая картинка.

Принцип работы электромагнита расцепителя отсечки двумя словами

Когда по обмотке протекает ток, то в ее сердечнике, служащей магнитопроводом, создается магнитное поле.

Если сила тока достигает критической величины, то магнитная энергия выстреливает сердечник, преодолевая натяжение удерживающей пружины. Тогда боек выбивает защелку.

Современный электромагнитный расцепитель имеет небольшие габариты, подключается гибкими проводниками к контактам.

Тепловой расцепитель автоматического выключателя: насколько просто работает

Конструкция состоит из двух соединенных пластин: сталь и латунь. У них разное линейное расширение: зависимость от температуры. При нагреве биметалл изгибается в одну сторону, а охлаждении — противоположно.

Ток проходит по закрепленной на биметаллической пластине обмотке. Во время перегрузки или КЗ биметалл воздействует на поворотный механизм, а тот — отключает автомат, обесточивая подключенные потребители.

Выключатель автоматический: как выбрать по науке и жить в безопасности

Огромное количество производителей и обширный ассортимент их автоматов, предназначенных для разных условий эксплуатации, усложняют выбор их приобретения.

При покупке следует использовать только научный подход, не полагаясь на мнение даже знакомых электриков. С этой целью все ведущие заводы наносят маркировку прямо на корпусе модуля автомата. Привожу пример для Legrand.

Выбирать модуль выключателя автоматического нужно минимум по 9 характеристикам:

1. значению действующего напряжения и форме тока;
2. числу полюсов;
3. величине номинального тока защищаемой цепи;
4. времятоковой характеристике;
5. мощности нагрузки;
6. предельной коммутационной способности;
7. классу токоограничения;
8. селективности действия;
9. степени защита корпуса IP.

Вам придется учесть их действие комплексно.

Смотрим напряжение автоматического выключателя: начальный
шаг

Сразу надо обращать внимание на условия надежной работы модуля. Дело в том, что подобные защиты могут создаваться для универсальной работы в цепях постоянного или/и переменного тока.

Примером может служить известная серия советских и российских защит, выпускаемая как автоматический выключатель АП-50.

У них бывает разный уровень напряжения. Он не всегда может подойти для надежной работы в конкретной проводке. Надо проверять внимательно.

Отдельные модули могут быть созданы только для эксплуатации в цепях переменного тока.

Число полюсов автоматического выключателя: шаг №2

Бытовые автоматы изготавливают для работы в однофазной или трехфазной цепи. На защите ввода при аварии они снимают потенциалы фаз и нуля, полностью обесточивая питающую схему.

У отходящих же линий отключается только потенциал фазы, а ноль остается в работе. Этого вполне достаточно для ликвидации аварии и создания более простой схемы подключения.

Шаг 3: выбор автоматического выключателя по току — скрытые секреты

Важно: температура окружающей среды сильно влияет на время срабатывания защиты. Все проверки и расчет проводят при +30 градусах. Реальные условия требуют учета температурных коэффициентов.

Нормальная работа автомата требует учитывать 4 значения тока:

1. Номинальной величины.
2. Условного нерасцепления.
3. Условного расцепления.
4. Длительно допустимого.

Величина номинального тока пишется Iн (In). Она указывается на корпусе, используется как базовое значение для выбора, работы и проверок защиты. Такая нагрузка должна длительно проходить через замкнутые контакты без их отключения.

Током условного нерасцепления называют величину I=1,13×Iн. При такой нагрузке защита не должна отключаться за время меньшее, чем 1 час с номиналом до 63 А и 2 часа — более мощным.

Характеристика условного тока расцепления определяет величину, которая надежно разрывает превышенную нагрузку.

Длительно допустимая величина тока введена для учета температурного состояния проводки без ее чрезмерного нагрева с учетом характеристик токопроводящей способности: вида металла и поперечного сечения.

Все эти величины я привел наглядным графиком для меди.
Можете им воспользоваться при расчете проекта новой проводки. Данные брал из
справочников, а электрическими проверками не занимался.

Если кто-то возьмется за эту работу, то результаты
обязательно опубликую. А проверять надо, ибо с длительно допустимыми токами в
медном проводе 4 и 6 квадрата просматривается интересная закономерность.

С алюминием не стал возиться: в быту он опасен. Тем пользователям, кому интересен этот вопрос, предлагаю сравнить его характеристики с медью по следующей таблице.

Выбор автоматического выключателя при проектировании проводки необходимо проводить по характеристике его номинального тока. Этот анализ осуществляют последовательно за 3 приема:

1. Расчет тока линии по нагрузке подключенных потребителей.
2. Выбор номинала модульной защиты по ближайшему значению стандартного ряда величин токов.
3. Подбор сечений проводников под действующие токовые нагрузки.

Каждая из трех составляющих важна. Допущенные ошибки исправлять сложно. Поэтому каждый этап следует повторно проверять.

Одиночные или групповые потребители, как и однофазная или трехфазная схема питания накладывают свои особенности на расчет тока подключенной линии по собственным формулам. Это наиболее сложная часть анализа.

Шаг 4: времятоковая характеристика выключателя — основа правильного выбора типа конструкции

Нагрузки электрической сети носят случайный либо закономерный
характер. Они всегда меняются при подключении потребителей.

Лампы накаливания и ТЭНы с резистивными сопротивлениями не дают такие эффекты, как включение индуктивных устройств: электродвигателей, дросселей, трансформаторов. Кабельные линии обладают емкостным сопротивлением.

Любое включение прибора связано с созданием апериодических
составляющих, формирующих переходные процессы. Они характеризуются различными бросками токов.

Конструкция автоматического выключателя должна учитывать эти
явления и обеспечивать нормальное электроснабжение потребителей в любой
сложной, изменчивой ситуации.

Под эти требования технически сложно создать простой и надежный автоматический выключатель с универсальным набором возможностей.
Электротехническая наука пошла по другому пути: разделение нагрузок по типам реактивных составляющих и создание модулей защит под каждую.

С этой целью используется времятоковая характеристика выключателя, имеющая 3 типа: B, C и D. Они имеют разные параметры отстроек защиты от токов переходных процессов.

На графике по оси абсцисс приведено отношение тока действующей нагрузки к номинальной величине, а ординат — время отключения в
секундах и их долях.

Тип B применяется для потребителей с характерной резистивной нагрузкой: обогреватели, цепи освещения, протяженные линии электропитания.

Тип C используется для смешанных схем с розеточными группами и потребителями, создающими умеренные нагрузки при включении электродвигателей.

Тип D выбирают для потребителей не бытового назначения: силовые трансформаторы и нагрузки с повышенными токами при пусках оборудования.

Если использовать тип B автоматического выключателя для
дома, то он может ложно срабатывать при включениях стиральной или посудомоечной машины, электрических насосов, мощных пылесосов.

Автомат типа D просто не среагирует на опасность, когда она не достигнет величины его уставки, но потребует защиты оборудования от броска тока.

Автоматические выключатели типа С по своим характеристикам лучше всего приспособлены для работы в домашней проводке. Но их настройку все равно необходимо проверять качественно.

Выбор автоматического выключателя по мощности — шаг №5: нужно ли его делать?

Именно вопросу выбора автоматов по мощности нагрузки уделяют много внимания авторы статей для интернет. Поэтому я решил тоже высказать свое
мнение. А ваша задача: учесть или высказаться против.

Вся хитрость в том, что электрические характеристики любых бытовых приборов указываются в ваттах, а защиты маркируются амперами. Никаких
других секретов здесь больше нет.

Блогеры просто переводят нагрузку, выраженную мощностью, через напряжение бытовой сети в ток. Делают это посредством новых таблиц, схем, калькуляторов.

Я предлагаю отказаться от этой идеи, а модуль защиты рассчитывать по току номинальной величины с учетом вольтамперной характеристики. Будет меньше ошибок, да и искать их станет проще. Понимаю, что выбор остается за вами.

Шаг 6: предельная коммутационная способность — критическая характеристика модуля защиты

Исходим из того, что в природе нет контактов, способных выдерживать любые нагрузки. У них всегда есть предел, выше которого они просто сгорают.

Эту величину производитель определяет экспериментально и показывает цифрой внутри прямоугольника.

Обычно модули создаются под токи КЗ до 4,5 либо 6 или 10 килоампер. Когда автомат имеет отличия предельной коммутационной способности (ПКС) для цепей переменного и постоянного тока, то они указываются отдельно. Причем каждой величине приписывается свой символ: « ~ », « — », « ~/- ».

Это значение в принципе зависит от технического состояния электропроводки — ее сопротивления. Оно закладывается в проект, зависит от многих факторов:

• протяженности магистралей;
• сечения и качества токопроводящих жил;
• количества и состояния соединительных контактов;
• удаленности от питающей трансформаторной подстанции;
• условий технического обслуживания.

Из практики:

• У старых зданий с ветхой алюминиевой проводкой ПКС составляет 4500 ампер.
• Медная электропроводка обеспечивает токи КЗ 6 килоампер.
• Когда потребитель находится близко от трансформаторной подстанции, то автоматы надо ставить на 10кА.

Если не выполнить выбор автомата по предельной коммутационной способности, то его контакты от аварийного тока могут привариться. Тогда отключения не произойдет, а вся подключенная нагрузка выгорит.

Шаг 7: классы токоограничения автоматического выключателя — в чем суть характеристики

Скорость отключения короткого замыкания напрямую влияет на
безопасность оборудования, а модули защит работают не одинаково. Показатели быстродействия позволяют подбирать автоматы, работающие в щадящем или экстремальном режиме оборудования.

Для наглядности действия рассмотрим их срабатывание на примере длительности одного периода напряжения синусоиды тока или напряжения (обозначается Т).

В него входят две полуволны гармоники. Для стандартной частоты 50 герц время прохождения периода составляет 20 миллисекунд (мс).

Максимальное значение тока или его амплитуда достигается при четверти периода или половине полупериода. На графике я показал усредненные временные показатели трех классов токоограничения: 1, 2 и 3.

Класс №1 самый продолжительный, а значит экстремальный. Его время чуть превышает 10 мс. Для наглядности показано как Т/2. На корпусе автомата его просто не обозначают.

Класс №2 занимает промежуточное время по скорости. Такая защита должна отработать за время 6÷10 мс. На графике усреднено как 1/2(Т/2).

Класс №3 самый быстрый и экономный со временем срабатывания 2,5÷6 мс, что я обозначил как 1/3(Т/2).

Классы токоограничения 2 и 3 маркируются на корпусе под прямоугольником ПКС квадратиком с соответствующей цифрой.

Шаг 8: селективность автомата — залог качественного отключения аварии

Смысл выбора этого параметра заключается в избирательной способности защиты правильно локализовать короткое замыкание или перегруз и оставить в работе исправное оборудование.

Поясняю на простом примере квартирной проводки.

Любая розетка по разным причинам может стать источником короткого замыкания. Аварию может отключить автомат №3 квартирного щитка, №2 —
подъездный или №3 — домовой.

Однако обесточивать этаж либо подъезд /дом имеет смысл только при отказе выключателя №3, используя эту функцию как резервную. В первую
очередь надежно должны срабатывать квартирные защиты.

Поэтому они настраиваются на более быстрое срабатывание или меньшие уставки тока при наладке. Предусмотреть эту возможность следует во
время выбора конструкции.

Иногда возникают затруднения с настройкой избирательности на вводном автомате. Для таких случаев можно приобрести специальный селективный
автоматический выключатель.

Его конструкция имеет механизм, обеспечивающий два пути протекания тока: основной и дополнительный для теплового расцепителя со своими
связанными силовыми контактами.

Резистор селективности внутри дополнительного канала задерживает срабатывание своего контакта на уставку избирательности. А основной канал работает как обычный.

Общее отключение защиты происходит после разрыва контактов обоих каналов, что также способен выполнить электромагнит отсечки.

Подобный механизм может быть полезен владельцам частных домов или коттеджей, хотя в большинстве случаев селективность можно обеспечить выбором характеристик быстродействия и настройкой токовых уставок обычных модулей.

Проверка селективности срабатывания защит должна обязательно проводиться до ввода их в эксплуатацию и периодически при эксплуатации.

Заключительный шаг №9: степени защиты корпуса для помещений повышенной влажности

Обычно автоматы устанавливают в квартирном или ином щитке, защищенном от проникновения воды и посторонних предметов. Но иногда их приходится включать на мобильное оборудование или удлинители.

Когда такими приборами пользуются во влажных помещениях, то следует обращать внимание на техническую способность корпуса работать в опасной
среде.

Она маркируется индексом IP с цифрами, обозначающими степень защиты. На обычных автоматах достаточно обозначения IP20. Ее показывают в сопроводительной документации.

Во всем предшествующем материале я намеренно не рекламирую ни одного производителя автоматов. Советую выбирать модуль защиты по техническим характеристикам, реально проверяя их на стендах. Бренд — хорошая вещь, но испытания важнее.

Программа Электрик 7.8 или способ компьютерного расчета автомата

На сайте электротехнических программ можно бесплатно скачать и установить на свой компьютер доступный калькулятор расчета. Адрес я показал картинкой.

Загрузка, инсталляция и работа описаны отдельной статьей. Я проверил несколько функций этой программы. Работает нормально. Результат вычислений усредненный.
Можете использовать.

Вам придется учесть 2 фактора:

1. Сайт работает на бесплатном конструкторе и забит навязчивой рекламой.
2. Автор не берет на себя ответственность за конечный результат вычислений. Его вам придется проверять вручную.

В целом программа подойдет начинающим электрикам для создания первоначальной схемы своего проекта.

Ошибки электриков не только начинающих в работе защит

Выбрать выключатель автоматический правильно по техническим характеристикам — еще не значит, что он будет надежно отключать случайно возникшую неисправность.

К такому выводу я пришел на работе, занимаясь многочисленной проверкой этих защит на специализированных стендах. Поэтому еще раз рекомендую приобретенный автомат до ввода в эксплуатацию подвергать жестким испытаниям от реальной нагрузки и замерять временные характеристики.

Ошибка электрика №1: проверка петля фаза-ноль не выполнена

Суть этого теста состоит в том, что ток короткого замыкания, который должен почувствовать и отключить автомат, банально по закону Ома зависит от сопротивления подключенной в него цепи.

Другими словами, длина проводов от автомата до розетки и дальше к включенному в нее потребителю может снизить ток короткого замыкания до
такого предела, когда уставка для срабатывания защиты окажется выше: выключатель не сработает.

Эта возможность проверяется специальными приборами.

Ее следует обязательно выполнять.

Ошибка электрика №2: плохой монтаж проводки обученной бригадой

Когда писал эту статью у меня в квартире пропал свет и надолго. Старенький макбук работает девятый год, аккумулятор уже изъят…

Под окном увидел аварийную машину электриков ЖКХ. Спустился вниз по лестнице спросить, что случилось. Подъездный щит вскрыт. Бригада 3
человека: пожилой монтер, производитель среднего возраста и молодой
руководитель работ после института с бумагами.

Один работает, два стоят и наблюдают. Присоединился, стал третьим. Мне сказали, что перемычка на нулевой провод греется и ее будут менять. Я это и так понял. Там алюминиевая жила где-то примерно на 6 квадрат (оценил взглядом).

Монтер ее заменил и подключил на скрутку. Да, на скрутку, причем длиной не более 4 см. Я говорю: халява, сэр! На меня устремилось 3 пары
глаз и последовал вопрос: ты кто такой? Отвечаю: релейщик с 330.

Двое ничего не поняли, а парень с института посмотрел с уважением. Попытка объяснить ошибку встретила психологический отпор со стороны
самоуверенного монтера.

Мне, увидев такую работу, пришлось сразу идти в магазин и покупать реле контроля напряжения, хотя планировал его установку позже. Здание то старое.

Обрыв нуля трехфазной сети за счет отгорания скрутки гарантирован, а ловить 380 вольт вместо 220 в своей квартире нет желания.

Тем людям, кто любит смотреть видео, рекомендую к просмотру ролик владельца elektrik-sam.info. Он тоже доступно объясняет все про выключатель автоматический: как выбрать его правильно.

Тема немного сложная и у вас могут остаться вопросы. Задавайте их в разделе комментариев. Я обязательно отвечу.

Автоматические выключатели — стратегия выбора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info.

В одной из предыдущих статей я уже писал, что у меня давно появилась идея создания простого понятного  пошагового алгоритма выбора электрических аппаратов защиты. Было желание создать универсальный пошаговый алгоритм-стратегию, который бы был применим для любых случаев и отражал бы мою концепцию комплексного подхода.

Комплексный подход при выборе электрических аппаратов защиты я подробно изложил в публикации как правильно выбирать автоматические выключатели, УЗО и дифавтоматы. Там же вы можете посмотреть подробное видео. Напомню, что при выборе электрических аппаратов защиты необходимо учитывать три основных факторах . В этом — суть комплексного подхода.

В курсе Автоматические выключатели, УЗО, дифавтоматы — подробное руководство, в соответствии с этими факторами подробно рассмотрены принцип работы автоматических выключателей, их устройство, основные параметры и технические характеристики, методика расчета, выбор необходимого сечения кабеля и другие вопросы.

Пошаговый алгоритм выбора УЗО я уже подробно рассматривал в предыдущей публикации.

На страницах этого сайта опубликовано много материалов по автоматическим выключателям. В завершении материалов курса предлагаю вам обобщающий комплексный  алгоритм выбора — стратегию выбора автоматических выключателей.

Алгоритм универсальный, выполняя последовательно восемь основных шагов, вы рассчитаете и выберите  автоматический выключатель для любого применения в быту.

Стратегия выбора автоматических выключателей — универсальный пошаговый алгоритм выбора.

Пройдемся вкратце по каждому из восьми этапов.

ВНИМАНИЕ!

Полностью подробно весь алгоритм выбора от… и до…, с конкретным обзором и расчетами каждого этапа  смотрите в ВИДЕО в конце этой статьи.

1 этап.

Рассчитываем номинальный ток автоматического выключателя.

Для этого вначале необходимо рассчитать ток в линии. Причем расчет тока в линии будет отличаться для одиночного потребителя и для группы потребителей. Также учитывается тип сети — однофазная 220В или трехфазная 380В.

Затем выбираем номинал автомата, основываясь на полученном в расчете значении.

После этого выбираем сечения, учитывая допустимые токовые нагрузки и материал токопроводящей жилы.

2 этап.

Выбираем тип время-токовой характеристики.

Для этого нам необходимо знать характер подключаемой нагрузки.

Время-токовую характеристику автоматических выключателей я подробно рассматривал в одной из статей по автоматическим выключателям, входящую в курс Автоматические выключатели, УЗО, дифавтоматы — подробное руководство.

Подробно описание этого этапа, также как и других, смотрите в видео ниже.

3 этап.

При выборе автоматических включателей необходимо правильно организовать селективность их работы.

При содлюдении селективности, в случае возникновения в защищаемой линии тока перегрузки или короткого замыкания, должен сработать только автомат, который защищает эту линию.

4 этап.

Выбираем необходимую предельную коммутационную способность — ПКС, учитывая ряд факторов.

5 этап.

Определяем необходимый класс токоограничения. Этот параметр напрямую влияет на надежность, безопасность и долговечность электропроводки.

При правильно выбранном классе токоограничения  при коротких замыканиях изоляция электропроводки не подвергается повышенному нагреву, что снижает риск возникновения возгорания.

6 этап.

На этом этапе, в зависимости от используемого типа электросети, выбираем конструктивное исполнение — количество занимаемых модулей.

Это позволит определится с тем, сколько модулей аппарат занимает на DIN-рейке и в конечном итого определить необходимый размер электрического щита.

7 этап.

Следующим шагом выбираем дополнительные параметры.

Из статьи, посвященной основным характеристикам автоматических выключателей, мы помним, что существуют исполнения для эксплуатации в различных климатических условиях, также автоматы выпускаются с различной степень защиты от внешней среды, также нормируются параметры электрической сети.

8 этап.

На завершающем этапе мы выбираем фирму (торговую марку) производителя, и по каталогу выбираем конкретную серию аппарата.

Более развернуто и детально стратегию выбора автоматических выключателей с подробным описанием каждого этапа смотрите в видео

Автоматические выключатели — пошаговый алгоритм выбора:

Рекомендую материалы по теме:

Автоматические выключатели УЗО дифавтоматы — руководство.

Как выбирать автоматические выключатели, УЗО, дифавтоматы?

УЗО — стратегия выбора.

Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы.

Расчет сечения кабеля.

Как рассчитать номинальный ток автоматического выключателя?

Устройство УЗО и принцип действия.

Как выбрать УЗО.

расчет потребляемой мощности 220В и 380В, таблица:

Где и как применяются автоматические выключатели

Автоматические выключатели предназначены для защиты электрических сетей от перегрузок и токов короткого замыкания. За счет надежности и простоты подключения они получили широкое распространение в бытовых электросетях.

Автоматы для защиты электросети

Автоматы присутствуют практически в каждом квартирном электрощите. Не реже они встречаются в щитах защиты промышленного оборудования, электрических двигателей и различных передвижных установках.

Маркировка автомата

Согласно ПУЭ каждый аппарат защиты должен иметь надпись, указывающую значение номинального тока. Чтобы узнать номинал автомата, достаточно посмотреть на его корпус. На данных устройствах защиты используется стандартная маркировка, состоящая из одной буквы (B, C или D) и числа.

Буква указывает на временную характеристику. Ее еще называют временем срабатывания. Об этом параметре речь пойдет ниже. Число обозначает номинальный ток прибора. Например:

• C25 — временная характеристика C, номинальный ток 25 А;
• B32 — характеристика B, 32 А.

В быту обычно применяют выключатели с временными характеристиками B и C. В промышленности встречаются защитные устройства из ряда L, Z и K.

Дополнительная информация. В маркировке скрыта и другая информация об устройстве. Например, номер серии, номинальное рабочее напряжение, отключающая способность и количество полюсов.

Автоматические выключатели для бытовых сетей

Электроснабжающие организации осуществляют подключение домов и квартир, выполняя работы по подведению кабеля к распредщиту. Все мероприятия по монтажу разводки в помещении выполняют его владельцы, либо нанятые специалисты.

Чтобы подобрать автомат для защиты каждой отдельной цепи необходимо знать его номинал, класс и некоторые другие характеристики.

Основные параметры и классификация

Бытовые автоматы устанавливают на входе в низковольтную электрическую цепь и предназначены они для решения следующих задач:

• ручное или электронное включение или обесточивание электрической цепи;
• защита цепи: отключение тока при незначительной длительной перегрузке;
• защита цепи: мгновенное отключение тока при коротком замыкании.

Каждый выключатель имеет характеристику, выраженную в амперах, которую называют номинальная сила тока (In) или “номинал”.

Суть этого значения проще понять, используя коэффициент превышения номинала:

K = I / In,

где I – реальная сила тока.

• K < 1.13: отключение (расцепление) не произойдет в течение 1 часа;
• K > 1.45: отключение произойдет в течение 1 часа.

Эти параметры зафиксированы в п. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010. Чтобы узнать за какое время произойдет отключение при K>1.45 нужно воспользоваться графиком, отражающим времятоковую характеристику конкретной модели автомата.

При длительном превышении током значения номинала выключателя в 2 раза, размыкание произойдет за период от 8 секунд до 4-х минут. Скорость срабатывания зависит от настройки модели и температуры среды

Также у каждого типа автоматического выключателя определен диапазон тока (Ia), при котором срабатывает механизм мгновенного расцепления:

• класс “B”: Ia = (3 * In .. 5 * In];
• класс “C”: Ia = (5 * In .. 10 * In];
• класс “D”: Ia = (10 * In .. 20 * In].

Устройства типа “B” применяют в основном для линий, которые имеют значительную длину. В жилых и офисных помещениях используют автоматы класса “С”, а приборы с маркировкой “D” защищают цепи, где есть оборудование с большим пусковым коэффициентом тока.

Стандартная линейка бытовых автоматов включает в себя устройства с номиналами в 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.

Конструктивное устройство расцепителей

В современном автоматическом выключателе присутствуют два вида расцепителей: тепловой и электромагнитный.

Биметаллический расцепитель имеет форму пластины, созданной из двух токопроводящих металлов с различным тепловым расширением. Такая конструкция при длительном превышении номинала приводит к нагреву детали, ее изгибу и срабатыванию механизма размыкания цепи.

У некоторых автоматов с помощью регулировочного винта можно изменить параметры тока, при котором происходит отключение. Раньше этот прием часто применяли для “точной” настройки устройства, однако эта процедура требует углубленных специализированных знаний и проведения нескольких тестов.

Вращением регулировочного винта (выделен красным прямоугольником) против часовой стрелки можно добиться большего времени срабатывания теплового расцепителя

Сейчас на рынке можно найти множество моделей стандартных номиналов от разных производителей, у которых времятоковые характеристики немного отличаются (но при этом соответствуют нормативным требованиям). Поэтому есть возможность подобрать автомат с нужными “заводскими” настройками, что исключает риск неправильной калибровки.

Электромагнитный расцепитель предотвращает перегрев линии в результате короткого замыкания. Он реагирует практически мгновенно, но при этом значение силы тока должно в разы превышать номинал. Конструктивно эта деталь представляет собой соленоид. Сверхток генерирует магнитное поле, которое сдвигает сердечник, размыкающий цепь.

Соблюдение принципов селективности

При наличии разветвленной электрической цепи можно организовать защиту таким образом, чтобы при коротком замыкании произошло отключение только той ветви, на которой возникла аварийная ситуация. Для этого применяют принцип селективности выключателей.

Наглядная схема, показывающая принцип работы системы автоматических выключателей с реализованной функцией селективности (выборочности) срабатывания при возникновении короткого замыкания

Для обеспечения выборочного отключения на нижних ступенях устанавливают автоматы с мгновенной отсечкой, размыкающие цепь за 0.02 – 0.2 секунды. Выключатель, размещенный на вышестоящей ступени, или имеет выдержку по срабатыванию в 0.25 – 0.6 с или выполнен по специальной “селективной” схеме в соответствии со стандартом DIN VDE 0641-21.

Для гарантированного обеспечения селективной работы автоматов лучше использовать автоматы от одного производителя. Для выключателей единого модельного ряда существуют таблицы селективности, которые указывают возможные комбинации.

Простейшие правила установки

Участок цепи, который необходимо защитить выключателем может быть одно- или трехфазным, иметь нейтраль, а также провод PE (“земля”). Поэтому автоматы имеют от 1 до 4 полюсов, к которым подводят токопроводящую жилу. При создании условий для расцепления происходит одновременное отключение всех контактов.

Автоматы в щитке крепят на специально отведенную для этого DIN-рейку. Она обеспечивает компактность и безопасность подключения, а также удобный доступ к выключателю

Автоматы устанавливают следующим образом:

• однополюсные на фазу;
• двухполюсные на фазу и нейтраль;
• трехполюсные на 3 фазы;
• четырехполюсные на 3 фазы и нейтраль.

При этом запрещено делать следующее:

• устанавливать однополюсные автоматы на нейтраль;
• заводить в автомат провод PE;
• устанавливать вместо одного трехполюсного автомата три однополюсных, если в цепь подключен хотя бы один трехфазный потребитель.

Все эти требования прописаны в ПУЭ и их необходимо соблюдать.

В каждом доме или помещении, к которому подведено электричество, устанавливают вводной автомат. Его номинал определяет поставщик и это значение прописано в договоре на подключение электроэнергии. Предназначение такого выключателя – защита участка от трансформатора до потребителя.

После вводного автомата к линии подключают счетчик (одно- или трехфазный) и устройство защитного отключения, функции которого отличаются от работы автоматического и дифференциального выключателя.

Если в помещении выполнена разводка на несколько контуров, то каждый из них защищают отдельным автоматом, мощность которого указана в маркировке. Их номиналы и классы определяет владелец помещения с учетом существующей проводки или мощности подключаемых приборов.

Счетчик электроэнергии и автоматические выключатели устанавливают в распределительном щите, который отвечает всем требованиям безопасности и легко может быть вписан в интерьер помещения

При выборе места для размещения распределительного щита необходимо помнить, что на свойства теплового расцепителя влияет температура воздуха. Поэтому желательно располагать рейку с автоматами внутри самого помещения.

Правила выбора номинала

Геометрия внутриквартирных и домовых электрических сетей индивидуальна, поэтому типовых решений по установке выключателей определенного номинала не существует. Общие правила расчета допустимых параметров автоматов достаточно сложны и зависят от многих факторов. Необходимо учесть их все, иначе возможно создание аварийной ситуации.

Принцип устройства внутриквартирной разводки

Внутренние электрические сети имеют разветвленную структуру в виде “дерева” – графа без циклов. Соблюдение такого принципа построения называется селективностью автоматов, согласно которой оснащаются защитными устройствами все виды электрических цепей.

Это улучшает устойчивость системы при возникновении аварийной ситуации и упрощает работы по ее устранению. Также гораздо легче происходит распределение нагрузки, подключение энергоемких приборов и изменение конфигурации проводки.

У основания графа находится вводной автомат, а сразу после разветвления для каждой отдельной электрической цепи размещают групповые выключатели. Это проверенная годами стандартная схема

В функции вводного автомата входит контроль общей перегрузки – недопущение превышения силой тока разрешенного значения для объекта. Если это произойдет, то существует риск повреждения наружной проводки. Кроме того, вероятно срабатывание защитных устройств за пределами квартиры, которые уже относится к общедомовой собственности или принадлежит местным энергосетям.

В функции групповых автоматов входит контроль силы тока по отдельным линиям. Они защищают от перегрузки кабель на выделенном участке и подключенную к нему группу потребителей электроэнергии. Если при коротком замыкании такое устройство не срабатывает, то его страхует вводной автомат.

Даже для квартир с небольшим количеством электропотребителей желательно выполнить отдельную линию на освещение. При отключении автомата другой цепи, свет не погаснет, что позволит в более комфортных условиях устранить возникшую проблему. Практически в каждом щитке значение номинала вводного автомата меньше чем сумма на групповых.

Суммарная мощность электроприборов

Максимальная нагрузка на цепь возникает при одновременном включении всех электроприборов. Поэтому обычно, суммарную мощность вычисляют простым сложением. Однако в ряде случаев этот показатель будет меньше.

Для некоторых линий, одновременная работа всех подключенных к ней электроприборов маловероятна, а порой и невозможна. В домах иногда специально устанавливают ограничения на работу мощных устройств. Для этого нужно помнить о недопущении их одновременного включения или использовать ограниченное число розеток.

Вероятность одновременной работы всей офисной оргтехники, освещения и вспомогательного оборудования (чайники, холодильники, вентиляторы, обогреватели и т.д.) очень низка, поэтому при расчете максимальной мощности используют поправочный коэффициент

При электрификации офисных зданий для расчетов часто используют эмпирический коэффициент одновременности, значение которого берут в диапазоне от 0,6 до 0,8. Максимальная нагрузка вычисляется умножением суммы мощностей всех электроприборов на коэффициент.

В расчетах существует одна тонкость – необходимо учитывать разницу между номинальной (полной) мощностью и потребляемой (активной), которые связаны коэффициентом (cos (f)).

Это означает, что для работы устройства необходим ток мощности равной потребляемой деленной на этот коэффициент:

Ip = I / cos (f)

Где:

• Ip – сила номинального тока, которую применяют в расчетах нагрузки;
• I – сила потребляемого прибором тока;
• cos (f) <= 1.

Обычно номинальный ток сразу или через указание величины cos (f) указывают в техническом паспорте электрического прибора.

Так, например, значение коэффициента для люминесцентных источников света равно 0,9; для LED-ламп – около 0,6; для обыкновенных ламп накаливания – 1. Если документация утеряна, но известна потребляемая мощность бытовых устройств, то для гарантии берут cos (f) = 0,75.

Указанные в таблице рекомендуемые значения коэффициента мощности можно использовать при расчете электрических нагрузок, когда отсутствуют данные о номинальном токе

О том, как подобрать автоматический выключатель по мощности нагрузки, написано в следующей статье, с содержанием которой мы советуем ознакомиться.

Выбор сечения жил

Прежде чем прокладывать силовой кабель от распределительного щитка к группе потребителей, необходимо вычислить мощность электроприборов при их одновременной работе. Сечение любой ветви выбирают по таблицам расчета в зависимости от типа металла проводки: меди или алюминия.

Производители проводов сопровождают выпускаемую продукцию подобными справочными материалами. Если они отсутствуют, то ориентируются на данные из справочника “Правила устройства электрооборудования” или производят расчет сечения кабеля.

Однако часто потребители перестраховываются и выбирают не минимально допустимое сечение, а на шаг большее. Так, например, при покупке медного кабеля для линии 5 кВт, выбирают сечение жил 6 мм2, когда по таблице достаточно значения 4 мм2.

Справочная таблица, представленная в ПУЭ, позволяет выбрать необходимое сечение из стандартного ряда для различных условий эксплуатации медного кабеля

Это бывает оправдано по следующим причинам:

• Более длительная эксплуатация толстого кабеля, который редко подвергается предельно допустимой для его сечения нагрузке. Заново выполнять прокладку электропроводки – непростая и дорогостоящая работа, особенно если в помещении сделан ремонт.
• Запас пропускной способности позволяет беспроблемно подключать к ветви сети новые электроприборы. Так, в кухню можно добавить дополнительную морозильную камеру или переместить туда стиральную машину из ванной комнаты.
• Начало работы устройств, содержащих электродвигатели, дает сильные стартовые токи. В этом случае наблюдается просадка напряжения, которая выражается не только в мигании ламп освещения, но и может привести к поломке электронной части компьютера, кондиционера или стиральной машины. Чем толще кабель, тем меньше будет скачок напряжения.

К сожалению, на рынке много кабелей, выполненных не по ГОСТу, а согласно требованиям различных ТУ.

Часто сечение их жил не соответствует требованиям или они выполнены из токопроводящего материала с большим сопротивлением, чем положено. Поэтому реальная предельная мощность, при которой происходит допустимый нагрев кабеля, бывает меньше чем в нормативных таблицах.

Эта фотография показывает отличия между кабелями, выполненными по ГОСТ (слева) и согласно ТУ (справа). Очевидна разница в сечении жил и плотности прилегания изоляционного материала

Расчет номинала выключателя для защиты кабеля

Устанавливаемый в щитке автомат должен обеспечить отключение линии при выходе мощности тока за пределы диапазона, разрешенного для электрического кабеля. Поэтому для выключателя необходимо провести расчет максимально допустимого номинала.

По ПУЭ допустимую длительную нагрузку проложенных в коробах или по воздуху (например, над натяжным потолком) медных кабелей, берут из приведенной выше таблицы. Эти значения предназначены для аварийных случаев, когда идет перегрузка по мощности.

Некоторые проблемы начинаются при соотнесении номинальной мощности выключателя длительному допустимому току, если это делать в соответствии с действующим ГОСТ Р 50571.4.43-2012.

Приведен фрагмент п. 433.1 ГОСТ Р 50571.4.43-2012. В формуле “2” допущена неточность, а для правильного понимания определения переменной In нужно учесть Приложение “1”

Во-первых, в заблуждение вводит расшифровка переменной In, как номинальной мощности, если не обратить внимания на Приложение “1” к этому пункту ГОСТа. Во-вторых, в формуле “2” существует опечатка: коэффициент 1,45 добавлен неправильно и этот факт констатируют многие специалисты.

Согласно п. 8.6.2.1. ГОСТ Р 50345-2010 для бытовых выключателей с номиналом до 63 A условное время равно 1 часу. Установленный ток расцепления равен значению номинала, умноженного на коэффициент 1,45.

Таким образом, согласно и первой и измененной второй формулам номинальная сила тока выключателя должна рассчитываться по следующей формуле:

In <= IZ / 1,45

Где:

• In – номинальный ток автомата;
• IZ – длительный допустимый ток кабеля.

Проведем расчет номиналов выключателей для стандартных сечений кабелей при однофазном подключении с двумя медными жилами (220 В). Для этого разделим длительный допустимый ток (при прокладке по воздуху) на коэффициент расцепления 1,45.

Выберем автомат таким образом, чтобы его номинал был меньше этого значения:

• Сечение 1,5 мм2: 19 / 1,45 = 13,1. Номинал: 13 A;
• Сечение 2,5 мм2: 27 / 1,45 = 18,6. Номинал: 16 A;
• Сечение 4,0 мм2: 38 / 1,45 = 26,2. Номинал: 25 A;
• Сечение 6,0 мм2: 50 / 1,45 = 34,5. Номинал: 32 A;
• Сечение 10,0 мм2: 70 / 1,45 = 48,3. Номинал: 40 A;
• Сечение 16,0 мм2: 90 / 1,45 = 62,1. Номинал: 50 A;
• Сечение 25,0 мм2: 115 / 1,45 = 79,3. Номинал: 63 A.

Автоматические выключатели на 13A в продаже бывают редко, поэтому вместо них чаще используют устройства с номинальной мощностью 10A.

Кабели на основе алюминиевых жил сейчас редко используют при монтаже внутренней проводки. Для них тоже есть таблица, позволяющая выбрать сечение по нагрузке

Подобным способом для алюминиевых кабелей рассчитаем номиналы автоматов:

• Сечение 2,5 мм2: 21 / 1,45 = 14,5. Номинал: 10 или 13 A;
• Сечение 4,0 мм2: 29 / 1,45 = 20,0. Номинал: 16 или 20 A;
• Сечение 6,0 мм2: 38 / 1,45 = 26,2. Номинал: 25 A;
• Сечение 10,0 мм2: 55 / 1,45 = 37,9. Номинал: 32 A;
• Сечение 16,0 мм2: 70 / 1,45 = 48,3. Номинал: 40 A;
• Сечение 25,0 мм2: 90 / 1,45 = 62,1. Номинал: 50 A.
• Сечение 35,0 мм2: 105 / 1,45 = 72,4. Номинал: 63 A.

Если производитель силовых кабелей заявляет иную зависимость допустимой мощности от площади сечения, то необходимо пересчитать значение для выключателей.

Формулы зависимости силы тока от мощности для однофазной и трехфазной сети отличаются. Многие люди, которые имеют приборы, рассчитанные на напряжения 380 Вольт, на этом этапе допускают ошибку

Как определить технические параметры автоматического выключателя по маркировке, подробно изложено здесь. Рекомендуем ознакомиться с познавательным материалом.

Какая стандартная линейка автоматических выключателей по току

По ПУЭ в каждом аппарате есть надпись, которая указывает на номинальное значение электрической энергии. Чтобы получить такую информацию, нужно просто рассмотреть корпус устройства. На нем есть буква и число. Всего для маркировки используются обычно три буквы — В, С и D. Числа обозначают количество заряда. Буква показывает временную характеристику или период, за который срабатывает прибор.

Маркировка оборудования

Для дома используются аппараты с первыми двумя буквами. В промышленности нужны защитные устройства D. Также применяются более мощные агрегаты, обозначенные буквами L, Z и K. У них номинальные значения выше, чем в бытовых, квартирных устройствах.

Стандартная линейка включает в себя мини-автоматы, воздушные автоматы, закрытые выключатели, устройства защитного отключения и дифференциальные автоматы.

Обратите внимание! В маркировке указываются также серия, рабочее напряжение, полюса и отключающая способность.

Таблица автоматических выключателей для однофазной сети 220 В

Советы по выбору инструмента с ЧПУ для обработки с ЧПУ

Вот советы по выбору инструмента с ЧПУ от станка с ЧПУ, которые помогут вам в выборе инструмента с ЧПУ для ваших компонентов в мастерской станков с ЧПУ.

Советы по выбору инструмента с ЧПУ

Выбор инструмента для обработки с ЧПУ — это настоящее искусство, поскольку станок с ЧПУ может выполнять самые разные операции, такие как токарная обработка торцевых поверхностей, нарезание резьбы на профиле или дуговая обработка.

См. «Инструмент 1» на изображении. Если вы провели некоторое время в мастерской станков с ЧПУ, вы внезапно скажете: «О! это тип инструмента, который в основном используется в мастерских станков с ЧПУ.Конечно, это универсальный станок с ЧПУ. Этот инструмент можно использовать для

• Токарная обработка
• Торцевание
• Обработка канавок (обработка малых канавок, только если позволяет нам заданный угол)
• Точение конуса
• Дуговая обработка

Теперь посмотрим на «Инструмент 2» этого типа инструмента не широко используется. Какие операции обработки может выполнять этот инструмент

Выбор инструмента для ЧПУ Советы по обработке

• Токарная обработка
• Обработка канавок
• Точение конуса
• Дуговая обработка

В чем разница, которую «Инструмент 1» может выполнять торцевание, но « Инструмент 2 ”не может делать торцевание, вот и все.Если это единственная разница, то почему «Инструмент 1» широко используется, а не «Инструмент 2». На самом деле угол главной режущей кромки имеет значение. Без сомнения, «Инструмент 2» очень хорошо работает для прямой токарной обработки, мы можем делать еще большие и более глубокие пропилы, если диаметр обработки никогда не меняется, но если вы попробуете крутой конус (обработка от меньшего диаметра к большему) во время обработки тогда этот инструмент не подходит. С другой стороны, «Инструмент 1» превращает точение конуса в удовольствие. То же самое и с профильной или дуговой обработкой (если дуга крутая).

Note это все мои мысли, у вас может быть другое мнение. Но все это случилось со мной сегодня, я просто попытался обработать большую дугу с помощью «Инструмента 2», и он отказался (обработка была некорректной, и инструмент издавал звук, так как трение не вращалось). Операция, которую я хотел сделать, была такой: я хотел обработать дугу с начальным диаметром 40 мм и конечным диаметром 98 мм с длиной дуги 150 мм и радиусом дуги 600 мм, а материал компонентов — среднеуглеродистая сталь.И «Инструмент 2» действительно очень хорошо проявил себя, когда я просто применил его к диаметру прямой токарной обработки.

Оценка модели, выбор модели и выбор алгоритма в машинном обучении

Единая PDF-версия частей 1-4 оценки модели доступна на arXiv: https://arxiv.org/abs/1811.12808

Введение

Машинное обучение стало центральной частью нашей жизни — как потребителей, заказчиков и, надеюсь, как исследователей и практиков! Применяем ли мы методы прогнозного моделирования к нашим исследованиям или к бизнес-задачам, я считаю, что у нас есть одна общая черта: мы хотим делать «хорошие» прогнозы! Подгонка модели под наши обучающие данные — это одно, но как мы узнаем, что она хорошо обобщается на невидимые данные? Откуда мы знаем, что он не просто запоминает данные, которые мы ему скармливали, и не может делать хороших прогнозов на будущих образцах, образцах, которые он не видел раньше? И как вообще выбрать хорошую модель? Может быть, для решения поставленной задачи лучше подошел бы другой алгоритм обучения?

Оценка модели, безусловно, не только конечная точка нашего конвейера машинного обучения.Прежде чем обрабатывать какие-либо данные, мы хотим заранее спланировать и использовать методы, которые подходят для наших целей. В этой статье мы рассмотрим некоторые из этих методов и увидим, как они вписываются в общую картину, типичный рабочий процесс машинного обучения.

Оценка производительности

: производительность обобщения по сравнению с Выбор модели

Давайте начнем этот раздел с простого вопроса и ответа:

Q: «Как мы оцениваем производительность модели машинного обучения?»

A: «Сначала мы вводим обучающие данные в наш алгоритм обучения, чтобы изучить модель.Во-вторых, мы прогнозируем метки нашего тестового набора. В-третьих, мы подсчитываем количество ошибочных прогнозов в тестовом наборе данных, чтобы вычислить точность прогноза модели ».

Не так быстро! В зависимости от нашей цели, оценка производительности модели, к сожалению, не , а тривиальна. Может быть, нам стоит подойти к предыдущему вопросу под другим углом: «Почему нам вообще важны оценки производительности?» В идеале предполагаемая производительность модели показывает, насколько хорошо она работает с невидимыми данными — прогнозирование будущих данных часто является основной проблемой, которую мы хотим решить в приложениях машинного обучения или разработке новых алгоритмов.Однако, как правило, машинное обучение включает в себя множество экспериментов — например, настройку внутренних регуляторов алгоритма обучения, так называемых гиперпараметров. Запуск алгоритма обучения над набором обучающих данных с разными настройками гиперпараметров приведет к созданию разных моделей. Поскольку мы обычно заинтересованы в выборе наиболее эффективных моделей из этого набора, нам нужно найти способ оценить их соответствующие характеристики, чтобы сопоставить их друг с другом. Выходя на один шаг за рамки простой настройки алгоритма, мы обычно не просто экспериментируем с одним единственным алгоритмом, который, по нашему мнению, , был бы «лучшим решением» в данных обстоятельствах.Чаще всего мы хотим сравнивать разные алгоритмы друг с другом, часто с точки зрения прогнозирующей вычислительной производительности и .

Подведем итоги основных моментов, по которым мы оцениваем прогностическую эффективность модели:

1. Мы хотим оценить эффективность обобщения, прогнозирующую эффективность нашей модели на будущих (невидимых) данных.
2. Мы хотим повысить эффективность прогнозирования, настроив алгоритм обучения и выбрав наиболее эффективную модель из заданного пространства гипотез.
3. Мы хотим определить алгоритм машинного обучения, который лучше всего подходит для решения данной проблемы; Таким образом, мы хотим сравнить разные алгоритмы, выбрав наиболее эффективный и наиболее эффективную модель из пространства гипотез алгоритма.

Хотя эти три перечисленные выше подзадачи имеют все общее, что мы хотим оценить производительность модели, все они требуют разных подходов. В этой статье мы обсудим некоторые из различных методов решения этих подзадач.

Конечно, мы хотим максимально точно оценить будущие характеристики модели. Однако, если есть один ключевой вывод из этой статьи, это то, что предвзятые оценки производительности совершенно нормальны при выборе модели и выборе алгоритма, если систематическая ошибка влияет на все модели одинаково. Если мы сравниваем разные модели или алгоритмы друг с другом, чтобы выбрать наиболее эффективную, нам нужно знать только «относительную» производительность. Например, если все наши оценки эффективности пессимистически предвзяты, и мы недооцениваем их эффективность на 10%, это не повлияет на порядок ранжирования.Более конкретно, если у нас есть три модели с оценками точности прогнозов, например

M2: 75%> M1: 70%> M3: 65%,

, мы бы оценили их так же, если бы мы добавили 10% пессимистического смещения:

M2: 65%> M1: 60%> M3: 55%.

Напротив, если мы сообщим, что точность будущего прогноза модели с лучшим рейтингом (M2) составит 65%, это, очевидно, будет довольно неточным. Оценка абсолютной производительности модели, вероятно, является одной из самых сложных задач в машинном обучении.

Допущения и терминология

Оценка модели, безусловно, сложная тема. Чтобы убедиться, что мы не слишком сильно отклоняемся от основного сообщения, давайте сделаем определенные предположения и рассмотрим некоторые технические термины, которые мы будем использовать в этой статье.

i.i.d.

Мы предполагаем, что наши выборки имеют размер i.i.d ( i n-зависимые и i дентально распределенные d ), что означает, что все образцы были взяты из одного распределения вероятностей и статистически независимы друг от друга.Сценарий, в котором выборки не являются независимыми, будет работать с временными данными или данными временных рядов.

Обучение с учителем и классификация

Эта статья будет посвящена контролируемому обучению, подкатегории машинного обучения, в которой наши целевые значения известны в нашем доступном наборе данных. Хотя многие концепции также применимы к регрессионному анализу, мы сосредоточимся на классификации, присвоении категориальных целевых меток выборкам.

0-1 потеря и точность прогноза

В следующей статье мы сосредоточимся на точности предсказания, которая определяется как количество всех правильных предсказаний, деленное на количество выборок.Мы вычисляем точность предсказания как количество правильных предсказаний, деленное на количество выборок n . Или, говоря более формально, мы определяем точность прогноза ACC как

, где ошибка предсказания ERR вычисляется как ожидаемое значение потери 0-1 для n выборок в наборе данных S :

Убыток 0-1 определяется как

, где — это метка истинного класса i -го и метка прогнозируемого класса i -го, соответственно.

Наша цель — изучить модель h , которая имеет хорошие характеристики обобщения. Такая модель максимизирует точность прогноза или, наоборот, минимизирует вероятность, C (h) , сделать неверный прогноз

, где генерирующее распределение, из которого были взяты наши данные, — это вектор признаков выборки с меткой класса.

Наконец, поскольку в этой серии статей мы будем в основном ссылаться на точность прогноза (а не на ошибку), мы будем использовать дельта-функцию Дирака

, так что

если

и

, если

( Обратите внимание, что мы используем «точность» в качестве метрики производительности, чтобы обсуждение было общим и простым, не углубляясь в обсуждение различных метрик производительности.В зависимости от вашего приложения вы можете рассмотреть разные метрики производительности. )

Смещение

Когда мы используем термин смещение в этой статье, мы имеем в виду статистическое смещение (в отличие от смещения в системе машинного обучения). В общих чертах, систематическая ошибка оценки — это разница между ее ожидаемым значением и истинным значением оцениваемого параметра.

Итак, если, то является объективной оценкой.Более конкретно, мы вычисляем смещение предсказания как разницу между ожидаемой точностью предсказания нашей модели и истинной точностью предсказания. Например, если мы вычислим точность прогнозирования на обучающем наборе, это будет оптимистически смещенная оценка абсолютной точности нашей модели, поскольку она будет переоценивать истинную точность.

Отклонение

Дисперсия — это просто статистическая дисперсия оценки и ее ожидаемого значения

Дисперсия — это мера изменчивости прогнозов нашей модели, если мы повторяем процесс обучения несколько раз с небольшими колебаниями в обучающей выборке.Чем более чувствителен процесс построения модели к этим колебаниям, тем выше дисперсия.

Наконец, давайте устраним неоднозначность терминов модель , гипотеза , классификатор , алгоритмы обучения и параметры :

• Целевая функция: В прогнозном моделировании нас обычно интересует моделирование конкретного процесса; мы хотим узнать или приблизиться к определенной неизвестной функции.Целевая функция — это истинная функция, которую мы хотим моделировать.

• Гипотеза: Гипотеза — это определенная функция, которая, по нашему мнению (или надеемся), подобна истинной функции, целевой функции, которую мы хотим моделировать. В контексте классификации спама , это будет правило классификации, которое мы придумали, которое позволяет нам отделить спам от писем, не относящихся к спаму.

• Модель: В области машинного обучения термины гипотеза и модель часто используются как синонимы.В других науках они могут иметь другое значение: гипотеза может быть «обоснованным предположением» ученого, а модель может быть проявлением этого предположения для проверки этой гипотезы.

• Алгоритм обучения: Опять же, наша цель — найти или аппроксимировать целевую функцию, а алгоритм обучения — это набор инструкций, которые пытаются смоделировать целевую функцию с использованием нашего набора обучающих данных. Алгоритм обучения поставляется с пространством гипотез, набором возможных гипотез, которые он исследует для моделирования неизвестной целевой функции путем формулирования окончательной гипотезы.

• Классификатор: Классификатор — это частный случай гипотезы (в настоящее время часто изучается с помощью алгоритма машинного обучения). Классификатор — это гипотеза или функция с дискретными значениями, которая используется для присвоения (категориальных) меток классов конкретным точкам данных. В примере классификации электронной почты этот классификатор может быть гипотезой для маркировки электронных писем как спама или не-спама. Тем не менее, гипотеза не обязательно должна быть синонимом термина классификатор .В другом приложении наша гипотеза могла бы быть функцией для сопоставления времени обучения и уровня образования учащихся с их будущими непрерывными оценками SAT — непрерывной целевой переменной, пригодной для регрессионного анализа.

• Гиперпараметры: Гиперпараметры — это параметры настройки алгоритма машинного обучения — например, сила регуляризации штрафа L2 в среднеквадратической функции стоимости ошибки линейной регрессии или значение для установки максимальной глубины дерево решений.Напротив, параметры модели — это параметры, которые алгоритм обучения подбирает к обучающим данным, т.е. параметры самой модели. Например, весовые коэффициенты (или наклон) линии линейной регрессии и ее член смещения (или точки пересечения оси Y) — это , параметры модели .

Проверка замещения

и метод удержания

Метод удержания, несомненно, является самым простым методом оценки модели. Мы берем наш помеченный набор данных и разделяем его на две части: обучающий набор и тестовый набор.Затем мы подгоняем модель к обучающим данным и прогнозируем метки тестового набора. А доля правильных предсказаний составляет нашу оценку точности предсказания — мы, конечно, не используем известные тестовые метки во время предсказания. Мы действительно не хотим обучать и оценивать нашу модель на одном и том же наборе обучающих данных (это называется оценкой повторной замены ), поскольку это внесет очень оптимистичную систематическую ошибку из-за переобучения. Другими словами, мы не можем сказать, просто ли модель запомнила обучающие данные или нет, или хорошо ли она обобщается на новые, невидимые данные.(Кстати, мы можем оценить это так называемое смещение оптимизма как разницу между точностью обучения и точностью теста.)

Как правило, разделение набора данных на обучающий и тестовый наборы представляет собой простой процесс случайной подвыборки . Мы предполагаем, что все наши данные были взяты из одного и того же распределения вероятностей (по каждому классу). И мы случайным образом выбираем ~ 2/3 этих образцов для нашего обучающего набора и ~ 1/3 образцов для нашего тестового набора.Заметили здесь две проблемы?

Стратификация

Мы должны помнить, что наш набор данных представляет собой случайную выборку, взятую из распределения вероятностей; и мы обычно предполагаем, что эта выборка более или менее репрезентативна для истинного населения. Теперь дальнейшая подвыборка без замены изменяет статистику (среднее значение, пропорцию и дисперсию) выборки. Степень, в которой подвыборка без замены влияет на статистику выборки, обратно пропорциональна размеру выборки.Давайте посмотрим на пример с использованием набора данных Iris, который мы случайным образом разделим на 2/3 обучающих данных и 1/3 тестовых данных:

(Исходный код можно найти здесь.)

Когда мы случайным образом разделяем набор данных на обучающие и тестовые наборы, мы нарушаем предположение о статистической независимости . Набор данных Iris состоит из 50 цветов сетоса, 50 цветков Versicolor и 50 цветов вирджинии; виды цветков распределены равномерно:

• 33,3% Setosa
• 33.3% разноцветный
• 33,3% Вирджиния

Если наша случайная функция присваивает 2/3 цветов (100) обучающему набору и 1/3 цветов (50) тестируемому набору, она может дать следующее:

• обучающий набор → 38 x Setosa, 28 x Versicolor, 34 x Virginica
• тестовый набор → 12 x Setosa, 22 x Versicolor, 16 x Virginica

Предполагая, что набор данных Iris является репрезентативным для истинной популяции (например, предполагая, что цветы распределены равномерно в природе), мы только что создали два несбалансированных набора данных с неоднородным распределением классов.Соотношение классов, которое алгоритм обучения использует для изучения модели, составляет «38,0% / 28,0% / 34,0%». Затем мы оцениваем модель на наборе данных с несбалансированным соотношением классов в «противоположном» направлении: «24,0% / 44,0% / 32,0%». Если наш алгоритм обучения не полностью нечувствителен к этим небольшим возмущениям, это определенно не идеально. Проблема становится еще хуже, если в нашем наборе данных заранее присутствует дисбаланс высокого класса. В худшем случае набор тестов может вообще не содержать ни одного экземпляра класса меньшинства.Таким образом, обычной практикой является разделение набора данных стратифицированным способом. Стратификация просто означает, что мы случайным образом разбиваем набор данных, чтобы каждый класс был правильно представлен в результирующих подмножествах — обучающем и тестовом наборе.

Случайная подвыборка без стратификации обычно не вызывает большого беспокойства, если мы работаем с относительно большими и сбалансированными наборами данных. Однако, на мой взгляд, стратифицированная передискретизация обычно (только) полезна в приложениях машинного обучения.Более того, стратифицированную выборку невероятно легко реализовать, и Рон Кохави предоставляет эмпирические доказательства (Кохави, 1995), что стратификация положительно влияет на дисперсию и систематическую ошибку оценки при k-кратной перекрестной проверке, метод, который мы обсудим позже. статья.

Удержание

Прежде чем мы углубимся в плюсы и минусы метода проверки удержания, давайте взглянем на визуальную сводку всего процесса:

① На первом этапе мы случайным образом разделяем наши доступные данные на два подмножества: обучающий и тестовый набор.Отказ от тестовых данных — это наш способ справиться с недостатками неидеального мира, такими как ограниченные данные и ресурсы, а также невозможность собрать больше данных из генерирующего распределения. Здесь набор тестов должен представлять новые, невидимые данные для нашего алгоритма обучения; Важно, чтобы мы касались набора тестов только один раз, чтобы убедиться, что мы не вносим смещения при оценке точности обобщения. Обычно мы назначаем 2/3 обучающей выборки и 1/3 данных тестовой выборке.Другими распространенными разделами тренировок / тестов являются 60/40, 70/30, 80/20 или даже 90/10.

② Отложив тестовые образцы в сторону, мы выбираем алгоритм обучения, который, по нашему мнению, может быть подходящим для данной задачи. А как насчет значений гиперпараметров , изображенных на рисунке выше? Напоминаем, что гиперпараметры — это параметры нашего алгоритма обучения или, если хотите, мета-параметры. И мы должны указать эти значения гиперпараметров вручную. — алгоритм обучения не изучает их из обучающих данных, в отличие от фактических параметров модели.

Поскольку гиперпараметры не изучаются во время подбора модели, нам нужна какая-то «дополнительная процедура» или «внешний цикл», чтобы оптимизировать их по отдельности — этот метод удержания не подходит для этой задачи. Итак, на данный момент нам нужно использовать некоторые фиксированные значения гиперпараметров — мы могли бы использовать нашу интуицию или параметры по умолчанию стандартного алгоритма, если мы используем существующую библиотеку машинного обучения.

③ Наш алгоритм обучения соответствует модели на предыдущем шаге.Следующий вопрос: насколько «хороша» модель, которую она придумала? Вот здесь и вступает в игру наш тестовый набор. Поскольку наш алгоритм обучения раньше не «видел» этот набор тестов, он должен дать нам довольно объективную оценку его производительности на новых, невидимых данных! Итак, что мы делаем, так это берем этот набор тестов и используем модель для прогнозирования меток классов. Затем мы берем предсказанные метки классов и сравниваем их с «основной истиной», правильными метками классов, чтобы оценить точность их обобщения.

④ Наконец, у нас есть оценка того, насколько хорошо наша модель работает с невидимыми данными.Таким образом, больше нет причин удерживать его в алгоритме.

Поскольку мы предполагаем, что наши образцы являются внутренними, нет никаких оснований предполагать, что модель будет работать хуже после ввода в нее всех доступных данных. Как показывает опыт, модель будет иметь лучшую производительность обобщения, если в алгоритмах будут использоваться более информативные данные — при условии, что она еще не достигла своих возможностей.

Пессимистический уклон

Помните, мы упоминали две задачи , когда говорили о тестовом и тренировочном сплите ранее? Первой проблемой было нарушение независимости и изменение пропорций классов при подвыборке.Мы затронули вторую проблему, когда рассматривали иллюстрацию удержания. На четвертом шаге мы говорили о возможностях модели и о том, могут ли быть полезны дополнительные данные. Чтобы продолжить решение проблемы емкости: если наша модель НЕ достигла своей емкости, наша оценка производительности будет пессимистично смещена. Предполагая, что алгоритм может изучить лучшую модель из большего количества данных, мы скрыли ценные данные, которые мы отложили для оценки эффективности обобщения (т.е., тестовый набор данных). Однако на четвертом шаге мы подгоняем модель к полному набору данных; однако мы не можем оценить его эффективность обобщения, поскольку теперь мы «сожгли» тестовый набор данных. Это дилемма, которой мы не можем избежать в реальных приложениях, но мы должны знать, что наша оценка эффективности обобщения может быть пессимистически предвзятой.

Доверительные интервалы

Используя метод удержания, описанный выше, мы вычислили точечную оценку точности обобщения нашей модели.Конечно, доверительный интервал вокруг этой оценки был бы не только более информативным и желательным в определенных приложениях, но и наша точечная оценка могла бы быть весьма чувствительной к конкретному разделению обучения / тестирования (то есть иметь высокую дисперсию).

Другой, «более простой» подход, который часто используется на практике (хотя я не рекомендую его), может использовать знакомое уравнение , предполагающее нормальное распределение, для вычисления доверительного интервала для среднего значения за одну тренировку. разбиение теста по центральной предельной теореме.

В теории вероятностей центральная предельная теорема (ЦПТ) утверждает, что при определенных условиях среднее арифметическое достаточно большого числа итераций независимых случайных величин, каждая из которых имеет четко определенное ожидаемое значение и четко определенную дисперсию, будет приблизительно нормально распределен, независимо от основного распределения. [Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Central_limit_theorem]

Этот довольно наивный подход представляет собой так называемый «интервал нормального приближения».»Как это работает? Помните, мы вычисляем точность прогноза следующим образом:

, где — функция потерь 0-1, а — количество образцов в испытательном наборе; — это метка прогнозируемого класса и фактическая метка класса для образца и , соответственно. Итак, теперь мы можем рассматривать каждый прогноз как испытание Бернулли, а количество правильных прогнозов следует биномиальному распределению с выборками и испытаниями, где:

для, где

(Помните, это вероятность успеха, а это вероятность неудачи — неверный прогноз.)

Теперь ожидаемое количество успехов вычисляется так, или, более конкретно, если оценка имеет 50% успеха, мы ожидаем, что 20 из 40 прогнозов будут правильными. Оценка имеет дисперсию и стандартное отклонение

.

Поскольку нас интересует среднее количество успехов , а не его абсолютное значение, мы вычисляем дисперсию оценки точности как

и соответствующее стандартное отклонение

Тогда при нормальном приближении мы можем вычислить доверительный интервал как

где — квантиль ошибки, а — квантиль стандартного нормального распределения.Для типичного доверительного интервала 95% (альфа = 5%) мы имеем z = 1,96.

На практике, однако, я бы предпочел повторить разделение обучающего теста несколько раз, чтобы вычислить доверительный интервал на основе средней оценки (т.е. усреднение отдельных прогонов). В любом случае, на данный момент есть один интересный вывод: меньшее количество выборок в тестовом наборе увеличивает дисперсию (см. n в знаменателе выше) и, таким образом, расширяет доверительный интервал.

Что дальше?

Поскольку вся статья получилась довольно длинной, я решил разбить ее на несколько частей.В следующих частях мы поговорим о

• Повторная проверка удержания и метод бутстрапа для моделирования неопределенности в Части II
• Метод удержания для настройки гиперпараметров — разделение набора данных на три части: набор для обучения, тестирования и проверки (Часть III).
• К-кратная перекрестная проверка , популярная альтернатива выбору модели (Часть III).
• Вложенная перекрестная проверка , вероятно, наиболее распространенный метод оценки модели с настройкой гиперпараметров или выбором алгоритма.(Часть IV).

Список литературы

• Кохави Р., 1995. Исследование перекрестной проверки и начальной загрузки для оценки точности и выбора модели . In Ijcai (Vol. 14, No. 2, pp. 1137-1145). [Источник цитирования] [PDF]
• Эфрон Б. и Тибширани Р.Дж., 1994. Введение в бутстрап . CRC Press. [Источник цитирования] [PDF]

PPT — Конструкция машины 2 выбор материалов с упором в PowerPoint Презентация

Производственные системы: Машинное оборудование | Машинка

УЛЬТРАЧувствительные прокладки

Сверхчувствительные и увлекательные многоцветные пэды MASCHINE обеспечивают непревзойденное ощущение в самой гуще ритма.

КНОПКИ РЕЖИМА ВВОДА НА ПАНЕЛИ

Специальные функциональные кнопки обеспечивают доступ в одно касание к лучшим режимам исполнения, так что вы барабаните, играете или шагаете, не нарушая потока

ЦВЕТНЫЕ ДИСПЛЕИ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ

При просмотре звуков, редактировании заметок или нарезке сэмплов эти цветные дисплеи с высоким разрешением позволяют сосредоточиться на творчестве, а не на компьютере

ЭНКОДЕР НА 4 НАПРАВЛЕНИЯ

С 4-направленным нажимным энкодером вы можете просматривать звуки и перемещаться по нотам одной рукой, играя на пэдах другой.

СЕНСОРНЫЕ РУЧКИ ДИСПЛЕЯ

Восемь регуляторов дисплея автоматически сопоставляются с ключевыми параметрами инструмента для настройки на лету и формирования звука — плюс контекстное меню в одно касание упрощает просмотр

АУДИО ИНТЕРФЕЙС

Встроенный аудиоинтерфейс 96 кГц / 24 бит имеет все необходимое: 2 линейных выхода TRS ¼ дюйма, 2 линейных входа TRS дюйма, вход динамического микрофона ¼ дюйма, выход для наушников, вход / выход MIDI

УМНАЯ ПОЛОСА

Смарт-полоски с двойным касанием открывают новые возможности для игры.Играйте ноты, звуки изменения высоты тона или создавайте сложные текстуры с помощью Perform FX.

ПОВТОР НОТЫ

Большая кнопка Note Repeat позволяет создавать быстрые барабанные дроби или вдохновляющие арпеджио на лету

ГРУППОВЫЕ КНОПКИ И КНОПКИ ТРАНСПОРТИРОВКИ

Специальные групповые кнопки обеспечивают практическое управление звуками и ключевыми параметрами, в то время как стандартные транспортные кнопки обеспечивают глубокую интеграцию с большинством DAW

.