Выбор автомата по мощности нагрузки, сечению кабеля и по току: как рассчитать автоматический выключатель

Чтобы организовать бесперебойную работу внутреннего электроснабжения, необходимо выделить отдельные ответвления. Каждая линия должна быть оборудована собственным защитным устройством, предохраняющим изоляцию кабеля от обратного потока. Однако не все знают, какое устройство покупать. Ты согласен?

Все о выборе машин по мощности нагрузки вы узнаете из представленной нами статьи. Мы расскажем, как определить рейтинг, чтобы найти выключатель нужного класса. Учет наших рекомендаций гарантирует приобретение необходимых устройств, способных исключить опасные ситуации при эксплуатации электропроводки.

Коммутаторы для домашних сетей

Организации электроснабжения подключают дома и квартиры, проводя работы по подведению кабеля к распределительному щиту. Все работы по установке электропроводки в помещении проводят ее хозяева или нанятые специалисты.

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

Основные параметры и классификация

Бытовые машины устанавливаются на входе в низковольтную электрическую цепь и предназначены для решения следующих задач:

• защита цепи: мгновенное прерывание тока в случае короткого замыкания.
• защита цепи: отключение питания при длительной небольшой перегрузке;
• ручное или электронное включение или выключение электрической цепи;

Каждый переключатель имеет характеристику, выраженную в амперах, которая называется номинальным током (In) или «номиналом”.

Суть этого значения легче понять, используя коэффициент набегания:

К = я / внутри,

где I – действительная сила тока.

• K> 1,45: отключение произойдет в течение 1 часа.
• K <1,13: выстрел (выстрел) не состоится в течение 1 часа;

Эти параметры изложены в пункте 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010. Чтобы узнать, сколько времени потребуется, чтобы остановиться при K> 1,45, необходимо использовать график, отражающий время-текущую характеристику конкретной модели машины.

Если ток превышает значение переключателя в 2 раза в течение длительного времени, он откроется через период от 8 секунд до 4 минут. Скорость отклика зависит от настройки модели и температуры окружающей среды

Кроме того, каждый тип автоматического выключателя имеет определенный диапазон тока (Ia), при котором срабатывает механизм мгновенного расцепителя:

• класс «D»: Ia = (10 * В .. 20 * [В].
• класс «C»: Ia = (5 * В .. 10 *[ В];
• класс «В»: Ia = (3 * В .. 5 * В;

Устройства типа «B» в основном используются для линий значительной длины. В жилых и офисных помещениях используются машины класса «С», а устройства с маркировкой «D» защищают цепи, в которых присутствует оборудование с высоким коэффициентом пускового тока.

В стандартную линейку бытовых диспенсеров входят устройства номиналом 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 А.

Конструкция устройства выпуска

В современном автоматическом выключателе есть два типа расцепителей: тепловой и электромагнитный.

Биметаллический разделитель представляет собой пластину, состоящую из двух проводящих металлов с различным тепловым расширением. Такая конструкция при длительном прохождении рейтинга приводит к нагреву детали, ее изгибу и срабатыванию механизма размыкания цепи.

Для некоторых машин с помощью регулировочного винта можно изменить параметры тока, при котором происходит остановка. Раньше этот прием часто использовался для «настройки» устройства, но эта процедура требует обширных специальных знаний и многочисленных тестов.

Поворачивая регулировочный винт (выделен красным прямоугольником) против часовой стрелки, можно увеличить время срабатывания теплового расцепителя

Сейчас на рынке можно найти множество моделей стандартных номиналов от разных производителей, время-токовые характеристики которых немного отличаются (но при этом соответствуют нормативным требованиям). Таким образом, можно выбрать станок с необходимыми «заводскими» настройками, что исключает риск неправильной калибровки.

Электромагнитный расцепитель предотвращает перегрев линии из-за короткого замыкания. Он реагирует практически мгновенно, но при этом значение силы тока должно быть в несколько раз выше номинала. Конструктивно эта деталь представляет собой соленоид. Избыточный ток создает магнитное поле, которое смещает сердечник, размыкающий цепь.

Соблюдение принципов избирательности

При наличии разветвленной электрической цепи защита может быть организована таким образом, что в случае короткого замыкания отключится только ветвь, на которой возникает аварийная ситуация. Для этого применяется принцип селективности переключения.

Наглядная схема, показывающая принцип работы системы автоматического выключателя с реализованной функцией селективности (селективности) срабатывания при коротком замыкании

Для обеспечения избирательного отключения на нижних ступенях устанавливаются автоматические устройства с мгновенным отключением, размыкающие цепь за 0,02 – 0,2 секунды. Переключатель, расположенный на верхней ступени, имеет задержку срабатывания 0,25 – 0,6 с или выполнен по специальной «селективной» схеме согласно DIN VDE 0641-21.

Чтобы обеспечить выборочную работу машин, лучше всего использовать станки одного производителя. Для автоматических выключателей той же серии моделей доступны таблицы селективности, в которых указаны возможные комбинации.

Более простые правила установки

Участок цепи, защищаемый переключателем, может быть однофазным или трехфазным, иметь нейтраль и заземляющий провод. Таким образом, машины имеют от 1 до 4 полюсов, к которым подводится токопроводящий сердечник. Когда создаются условия для вмешательства, все контакты отключаются одновременно.

Машины в двери устанавливаются на специально предназначенную DIN-рейку. Он обеспечивает компактное и безопасное соединение, а также легкий доступ к коммутатору

Машины устанавливаются следующим образом:

• четырехполюсный на 3 фазы и нейтраль.
• трехполюсный на 3 фазы;
• униполярный на фазу;
• биполярный для фазы и нейтрали;

При этом запрещено делать следующее:

• установить три однополюсных выключателя вместо одного трехполюсного, если в цепь подключен хотя бы один трехфазный потребитель.
• вставить в машину провод PE;
• установить однополюсные выключатели на нейтраль;

Все эти требования изложены в ПУЭ и должны соблюдаться.

Вводный автомат устанавливается в каждом доме или комнате, куда подведено электричество. Его номинальная стоимость определяется поставщиком и указывается в договоре о присоединении электроэнергии. Назначение такого переключателя – защита объекта от трансформатора до потребителя.

После вводного автомата в линию подключаются счетчик (однофазный или трехфазный) и дифференциальный прибор, функции которого отличаются от работы автоматического и дифференциального выключателя.

Если комната разводится по нескольким цепям, то каждая из них защищается отдельным автоматом, мощность которого указана в маркировке. Их номиналы и классы определяет собственник помещения с учетом имеющейся электропроводки или мощности подключаемых устройств.

Счетчик электроэнергии и выключатели устанавливаются в электрическую панель, отвечающую всем требованиям безопасности и легко встраиваемую в комнату

Выбирая место для размещения картины, следует помнить, что на свойства тепловыделения влияет температура воздуха. Поэтому желательно разместить гусеницу с машинами внутри самого помещения.

Расчет запрашиваемого номинала

Основная защитная функция переключателя распространяется на проводку, поэтому выбор номинала производится в соответствии с поперечным сечением кабеля. При этом вся схема должна гарантировать исправную работу подключенных к ней устройств. Рассчитать параметры системы несложно, но необходимо учесть множество нюансов, чтобы избежать ошибок и проблем.

Определение суммарной мощности потребителей

Одним из основных параметров электрической схемы является максимально возможная мощность подключенных к ней потребителей электроэнергии. При расчете этого показателя невозможно просто суммировать паспортные данные устройств.

Активная и номинальная компонента

Для любого устройства, работающего от электричества, производитель обязан указывать активную мощность (P). Это значение определяет количество энергии, которое будет безвозвратно преобразовано в результате работы устройства и за которое пользователь будет платить согласно счетчику.

Но для устройств с конденсаторами или катушками индуктивности существует другая мощность с ненулевым значением, которая называется реактивной (Q). Он достигает устройства и почти мгновенно возвращается.

Реактивный компонент не участвует в расчете потребляемой электроэнергии, но вместе с активным компонентом он формирует так называемую «полную» или «номинальную» мощность (S), которая дает нагрузку на схему.

cos (f) – это параметр, который можно использовать для определения полной мощности (номинальной мощности) от активной (потребляемой). Если он не равен единице, это указывается в технической документации на электроприбор

необходимо рассчитать вклад одного устройства в общую нагрузку на токоведущие проводники и на машину на основе его полной мощности: S = P / cos (f).

Повышенные стартовые токи

Следующая особенность некоторых видов бытовой техники – наличие трансформаторов, электродвигателей или компрессоров. В начале работы такие устройства потребляют пусковой ток (пуск.

Его значение может быть в несколько раз выше стандартных показателей, но время работы на повышенной мощности невелико и обычно составляет от 0,1 до 3 секунд. Такое кратковременное перенапряжение не приведет к срабатыванию теплового расцепителя, но может среагировать электромагнитный компонент автоматического выключателя, ответственный за сверхток короткого замыкания.

Эта ситуация особенно актуальна для выделенных линий, к которым подключено такое оборудование, как деревообрабатывающие станки. В этом случае необходимо рассчитать силу тока и, возможно, имеет смысл использовать автомат класса «D”.

Учет коэффициента спроса

Для цепей, в которых подключено большое количество оборудования и нет устройства, потребляющего большую часть тока, используется коэффициент потребления (ks). Суть его применения заключается в том, что все устройства не будут работать одновременно, поэтому сумма номинальных мощностей приведет к завышению показателя.

Коэффициент спроса для групп потребителей электроэнергии установлен п. 7 СП 256.1325800.2016. Вы также можете полагаться на эти показатели при самостоятельном расчете максимальной мощности

Этот коэффициент может иметь значение, равное или меньшее единицы. Расчетная мощность (Pr) каждого устройства рассчитывается по формуле:

Pr = ks * S

Суммарная номинальная мощность всех устройств используется для расчета параметров цепи. Использование коэффициента спроса рекомендуется для офисов и небольших коммерческих помещений с большим количеством компьютеров, оргтехники и другого оборудования, питаемого по цепи.

Для линий с малым количеством потребителей этот коэффициент в чистом виде не применяется. Устройства, которые вряд ли будут включены одновременно с устройствами, потребляющими больше энергии, исключаются из расчета мощности.

Так, например, мало шансов получить случайную работу в гостиной с утюгом и пылесосом. А для мастерских с небольшой численностью персонала рассматривается всего 2-4 самых мощных электроинструмента.

Расчет силы тока

Выбор автомата производится исходя из максимально допустимого значения силы тока на участке схемы. Получать этот показатель необходимо, зная суммарную мощность потребителей электроэнергии и напряжение в сети.

Согласно ГОСТ 29322-2014, с октября 2015 года значение напряжения должно быть равным 230 В для обычной сети и 400 В для трехфазной. Однако в большинстве случаев все еще действительны старые параметры: 220 и 380 В соответственно, поэтому для точности расчетов необходимо проводить измерения с помощью вольтметра.

Вы можете измерить напряжение в домашней сети с помощью вольтметра или мультиметра. Для этого достаточно вставить его контакты в розетку

Еще одна проблема, особенно актуальная для кабельной сети частного сектора, – это подача электроэнергии при пониженном напряжении. Измерения на таких проблемных объектах могут показывать значения вне диапазона, определенного ГОСТом.

Также в зависимости от уровня потребления электроэнергии соседями значение напряжения может сильно измениться за короткое время.

Это создает проблему не только для работы устройств, но и для расчета силы тока. Когда напряжение падает, некоторые устройства просто теряют мощность, а некоторые, имеющие входной стабилизатор, увеличивают потребление электроэнергии.

провести качественные расчеты требуемых параметров схемы в таких условиях затруднительно. Поэтому придется либо прокладывать кабели с заведомо большим сечением (что дорого), либо решать проблему, установив входной стабилизатор или подключив дом к другой линии.

Стабилизатор установлен рядом с электрощитом. Часто бывает, что это единственный способ получить стандартные значения напряжения в доме

После определения общей мощности электроприборов (S) и значения напряжения (U) вычисление силы тока (I) выполняется по формулам, являющимся следствием закона Ома:

If = S / Uf для однофазной сети

Il = S / (1,73 * Ul) для трехфазной сети

Индекс «f» здесь означает фазовые параметры, а «l» – линейные.

В большинстве трехфазных устройств используется тип подключения «звезда», и именно по этой схеме работает трансформатор, подающий ток потребителю. При симметричной нагрузке линейные и фазовые силы будут одинаковыми (Il = If), а напряжение рассчитывается по формуле:

Ul = 1,73 * Uf

Нюансы выбора сечения кабеля

Качество и параметры проводов и кабелей регламентируются ГОСТ 31996-2012. Согласно этому документу разрабатываются технические условия на выпускаемую продукцию, в которых допускается определенный диапазон значений основных характеристик. Производитель обязан предоставить таблицу соответствия между сечением проводника и максимальным безопасным током.

Максимально допустимая сила тока зависит от сечения кабеля и способа установки. Их можно разместить скрытыми (в стене) или открытыми (в трубе или коробке

кабель следует выбирать таким образом, чтобы обеспечить безопасное протекание тока, соответствующего расчетной общей мощности электроприборов. Согласно ПУЭ (Правила устройства электроустановок) минимальное расчетное сечение кабелей, используемых в жилых помещениях, должно быть не менее 1,5 мм2.

Стандартные размеры имеют следующие значения: 1,5; 2,5; 4; 6 и 10 мм2.

Иногда есть причина использовать провода с сечением больше минимально допустимого. В этом случае можно подключить дополнительные устройства или заменить существующие на более мощные без дорогостоящих и трудоемких работ по прокладке новых кабелей.

Расчет параметров машины

Для каждой цепочки должно выполняться следующее неравенство:

В <= Ip / 1,45

Здесь In – номинальный ток машины, а Ip – допустимый ток для проводки. Это правило гарантирует вмешательство в случае длительного превышения допустимой нагрузки.

Неравенство «In <= Ip / 1,45» является основным условием для завершения пары «машина – кабель». В противном случае это может привести к возгоранию проводки

рассчитать номинал машины можно как по общей нагрузке, так и по сечению уже проложенной электропроводки. Допустим, есть схема подключения бытовой техники, но проводка еще не проложена.

В этом случае последовательность действий следующая:

1. Расчет общей силы тока подключенных к сети электроприборов.
2. Выбор станка номиналом не ниже расчетного.
3. Подбор сечения кабеля по номиналу станка.

Пример:

1. S = 4кВт; i = 4000/220 = 18 А;
2. Внутри = 20А;
3. Ip> = In * 1,45 = 29 А; D = 4 мм2.

Если проводка уже проложена, последовательность действий другая:

1. Определение допустимого тока при известном сечении и способе подключения по таблице, предоставленной производителем.
2. Выбор автоматического выключателя.
3. Расчет мощности подключенных устройств. Комплектовать группу устройств таким образом, чтобы общая нагрузка на цепь была меньше номинальной.

Пример. Два одножильных кабеля проложены открытым способом, D = 6 мм2, поэтому:

1. Ip = 46 А;
2. In <= Ip / 1,45 = 32 А;
3. S = In * 220 = 7,0 кВт.

На шаге 2 последнего примера есть незначительное приемлемое приближение. Точное значение In = Ip / 1,45 = 31,7 A округляется до 32 A.

Выбор нескольких разрезов

Иногда возникает ситуация, когда для защиты цепи можно выбрать несколько машин с разными номиналами. Например, при суммарной мощности электроприборов 4 кВт (18 А) была выбрана разводка с медным проводником сечением 4 мм2 с запасом. Для этой комбинации могут поставляться переключатели на 20А и 25А.

Если схема подключения предполагает наличие многоуровневой защиты, то необходимо выбирать автоматы так, чтобы значение старшего (на рисунке справа – 25 А) было больше, чем у выключателей нижнего уровни

Преимущество выбора выключателя с наивысшим рейтингом – возможность подключения дополнительных устройств без изменения элементов схемы. Чаще всего это делается.

В пользу выбора машины с более низким рейтингом говорит тот факт, что ее тепловое расцепление будет быстрее реагировать на более высокую силу тока. Дело в том, что некоторые устройства могут иметь неисправность, что приведет к увеличению потребляемой мощности, но не к значению короткого замыкания.

Например, выход из строя подшипника мотора стиральной машины приведет к резкому увеличению тока в обмотке. Если машина быстро среагирует на превышение допустимых значений и выключится, двигатель не сгорит.

Выводы и полезные видео по теме

Конструкция и классификация выключателей. Понятие о ВАХ и выбор номинала сечения кабеля:

Расчет мощности устройств и выбор станка с использованием положений ПУЭ:

К выбору выключателя нужно подходить ответственно, так как от него зависит безопасность домашней электросети. При всех многочисленных входных параметрах и нюансах расчета следует помнить, что основная защитная функция автомата распространяется на проводку.

Пишите комментарии, задавайте вопросы, размещайте фото по теме статьи в блоке ниже. Делитесь полезной информацией, которая может быть полезна посетителям сайта. Расскажите о своем опыте выбора автоматических выключателей для защиты национальной или домашней электропроводки.