Устройства для отключения электричества при перегрузках и коротких замыканиях устанавливают на входе в любую домашнюю сеть. Необходимо правильно рассчитать номиналы автоматических выключателей по току, иначе их работа будет неэффективной. Согласны?
Мы расскажем, как производится расчет параметров автомата, согласно которым подбирают это защитное устройство. Из предложенной нами статьи вы узнаете, как выбрать прибор, требующийся для защиты электросети. С учетом наших советов вы приобретете вариант, четко срабатывающий в опасный для проводки момент.
Параметры автоматических выключателей
Для обеспечения правильного выбора номинала устройств отключения необходимо понимание принципов их работы, условий и времени срабатывания.
Рабочие параметры автоматических выключателей стандартизированы российскими и международными нормативными документами.
Основные элементы и маркировка
В конструкцию выключателя входят два элемента, которые реагируют на превышение силой тока установленного диапазона значений:
- Биметаллическая пластина под воздействием проходящего тока нагревается и, изгибаясь, надавливает на толкатель, который разъединяет контакты. Это “тепловая защита” от перегрузки.
- Соленоид под воздействием сильного тока в обмотке генерирует магнитное поле, которое давит сердечник, а тот уже воздействует на толкатель. Это “токовая защита” от короткого замыкания, которая реагирует на такое событие значительно быстрее, чем пластина.
Типы устройств электрической защиты обладают маркировкой, по которой можно определить их основные параметры.
Тип времятоковой характеристики зависит от диапазона уставки (величины силы тока при которой происходит срабатывание) соленоида. Для защиты проводки и приборов в квартирах, домах и офисах используют выключатели типа “C” или, значительно менее распространенные – “B”. Особенной разницы между ними при бытовом применении нет.
Тип “D” используют в подсобных помещениях или столярках при наличии оборудования с электродвигателями, которые имеют большие показатели пусковой мощности.
Существует два стандарта для устройств отключения: жилой (EN 60898-1 или ГОСТ Р 50345) и более строгий промышленный (EN 60947-2 или ГОСТ Р 50030.2). Они отличаются незначительно и автоматы обоих стандартов можно использовать для жилых помещений.
По номинальному току стандартный ряд автоматов для использования в бытовых условиях содержит приборы со следующими значениями: 6, 8, 10, 13 (редко встречается), 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.
Время-токовые характеристики срабатывания
Для того чтобы определить быстроту срабатывания автомата при перегрузке существуют специальные таблицы зависимости времени отключения от коэффициента превышения номинала, который равен отношению существующей силы тока к номинальной:
K = I / In.
Резкий обрыв вниз графика при достижении значения коэффициента диапазона от 5 до 10 единиц, обусловлен срабатыванием электромагнитного расцепителя. Для выключателей типа “B” это происходит при значении от 3 до 5 единиц, а для типа “D” – от 10 до 20.
При K = 1,13 автомат гарантированно не отключит линию в течение 1 часа, а при K = 1,45 – гарантированно отключит за это же время. Эти величины утверждены в п. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010.
Чтобы понять, за какое время сработает защита, например, при K = 2, необходимо провести вертикальную линию от этого значения. В результате получим, что согласно приведенному графику, отключение произойдет в диапазоне от 12 до 100 секунд.
Столь большой разброс времени обусловлен тем, что нагрев пластины зависит не только от мощности проходящего через нее тока, но и параметров внешней среды. Чем выше температура, тем быстрее срабатывает автомат.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Как определить технические параметры автоматического выключателя по маркировке, подробно изложено здесь. Рекомендуем ознакомиться с познавательным материалом.
Предупреждение перегрузки от работы потребителей
Иногда на линию устанавливают автомат с номинальной мощностью значительно более низкой, чем необходимо для гарантированного сохранения работоспособности электрического кабеля.
Снижать номинал выключателя целесообразно, если суммарная мощность всех устройств в цепи значительно меньше, чем способен выдержать кабель. Это происходит, если исходя из соображений безопасности, когда уже после монтажа проводки часть приборов была удалена с линии.
Тогда уменьшение номинальной мощности автомата оправдано с позиции его более быстрого реагирования на возникающие перегрузки.
Например, при заклинивании подшипника электродвигателя, ток в обмотке резко увеличивается, но не до значений короткого замыкания. Если автомат среагирует быстро, то обмотка не успеет оплавиться, что спасет двигатель от дорогостоящей процедуры перемотки.
Также используют номинал меньше расчетного по причинам жестких ограничений на каждую цепь. Например, для однофазной сети на входе в квартиру с электроплитой установлен выключатель 32 A, что дает 32 * 1,13 * 220 = 8,0 кВт допустимой мощности. Пусть при выполнении разводки по квартире были организованы 3 линии с установкой групповых автоматов номинала 25 A.
Допустим, что на одной из линий происходит медленное возрастание нагрузки. Когда потребляемая мощность достигнет значения равного гарантированному расцеплению группового выключателя, на остальные два участка останется только (32 – 25) * 1,45 * 220 = 2,2 кВт.
Это очень мало относительно общего потребления. При такой схеме распределительного щитка входной автомат будет чаще отключаться, чем устройства на линиях.
Поэтому чтобы сохранить принцип селективности, нужно поставить на участки выключатели номиналом в 20 или 16 ампер. Тогда при таком же перекосе потребляемой мощности на другие два звена будет приходиться суммарно 3,8 или 5,1 кВт, что приемлемо.
Рассмотрим возможность установки выключателя с номиналом 20A на примере выделенной для кухни отдельной линии.
К ней подсоединены и могут быть одновременно включены следующие электроприборы:
- Холодильник, номинальной мощностью 400 Вт и стартовым током в 1,2 кВт;
- Две морозильные камеры, мощностью 200 Вт;
- Духовка, мощностью 3,5 кВт;
- При работе электрической духовки разрешено дополнительно включить только один прибор, самые мощный из которых – электрочайник, потребляющий 2,0 кВт.
Двадцатиамперный автомат позволяет более часа пропускать ток с мощностью 20 * 220 * 1,13 = 5,0 кВт. Гарантированное отключение меньше чем за один час произойдет при пропуске тока в 20 * 220 * 1,45 = 6,4 кВт.
При одновременном включении духовки и электрочайника суммарная мощность составит 5,5 кВт или 1,25 части от номинала автомата. Так как чайник работает недолго, то отключения не произойдет. Если в этот момент включатся в работу холодильник и обе морозильные камеры, то мощность составит уже 6,3 кВт или 1,43 части номинала.
Это значение уже близко к параметру гарантированного расцепления. Однако вероятность возникновения такой ситуации крайне мала и длительность периода будет незначительна, так как время работы моторов и чайника невелико.
Возникающего при запуске холодильника стартового тока, даже в сумме со всеми работающими устройствами, будет недостаточно для срабатывания электромагнитного расцепителя. Таким образом, в заданных условиях можно использовать автомат на 20 A.
Единственный нюанс заключается в возможности увеличения напряжения до 230 В, что разрешено нормативными документами. В частности ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) определяет стандартное напряжение равным 230 В с возможностью использования 220 В.
Сейчас в большинство сетей электричество подают напряжение 220 В. Если же параметр тока приведен к международному стандарту 230 В, то можно пересчитать номиналы в соответствии с этим значением.
Выводы и полезное видео по теме
Устройство выключателя. Выбор вводного автомата в зависимости от подключаемой мощности. Правила распределения питания:
Выбор выключателя по пропускной способности кабеля:
Расчет номинального тока выключателя – сложная задача, для решения которой необходимо учесть множество условий. От установленного автомата зависит удобство обслуживания и безопасность работы локальной электросети.
В случае возникновения сомнений в возможности сделать правильный выбор необходимо обратиться к опытным электрикам.
Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке. Расскажите о собственном опыте в подборе автоматических выключателей. Поделитесь полезной информацией и фото по теме статьи, задавайте вопросы.