Расчет сечения кабеля, автоматов защиты. Как правильно выбрать автоматические выключатели? Как рассчитать вводной автомат по мощности
В предыдущей серии статей мы подробно изучили назначение, конструкцию и принцип действия автоматического выключателя, разобрали его основные характеристики и схемы подключения, теперь, используя эти знания, вплотную приступим к вопросу выбора автоматических выключателей. В этой публикации мы рассмотрим, как рассчитать номинальный ток автоматического выключателя.
Эта статья продолжает цикл публикаций . В следующих публикациях планирую подробно разобрать, как выбрать сечение кабеля, рассмотреть расчет электропроводки квартиры на конкретном примере с расчетом сечения кабеля, выбором номиналов и типов автоматов, разбивкой проводки на группы. В завершении серии статей по автоматическим выключателям будет подробный пошаговый комплексный алгоритм их выбора.
Хотите не пропустить выхода этих материалов? Тогда подписывайтесь на новости сайта, форма подписки справа и в конце этой статьи.
Итак, приступим.
Электропроводка в квартире или доме обычно разделена на несколько групп.
Групповая линия питает несколько однотипных потребителей и имеет общий аппарат защиты. Другими словами — это несколько потребителей, которые подключены параллельно к одному питающему кабелю от и для этих потребителей установлен общий автоматический выключатель.
Проводка каждой группы выполняется электрическим кабелем определенного сечения и защищается отдельным автоматическим выключателем.
Для расчета номинального тока автомата необходимо знать максимальный рабочий ток линии, который допускается для ее нормальной и безопасной работы.
Максимальный ток, который кабель может выдержать не перегреваясь, зависит от площади сечения и материала токопроводящей жилы кабеля (медь или алюминий), а так же от способа прокладки проводки (открытая или скрытая).
Также необходимо помнить, что автоматический выключатель служит для защиты от сверхтоков электропроводки, а не электрических приборов. То есть автомат защищает кабель, который проложен в стене от автомата в электрическом щите к розетке, а не телевизор, электроплиту, утюг или стиральную машину, которые подключены к этой розетке.
Поэтому номинальный ток автоматического выключателя выбирается, прежде всего, исходя из сечения применяемго кабеля, а затем уже берется в расчет подключаемая электрическая нагрузка. Номинальный ток автомата должен быть меньше максимально допустимого тока для кабеля данного сечения и материала.
Расчет для группы потребителей отличается от расчета сети одиночного потребителя.
Начнем с расчета для одиночного потребителя.
1.А. Расчет токовой нагрузки для одиночного потребителя
В паспорте на прибор (или на табличке на корпусе) смотрим его потребляемую мощность и определяем расчетный ток:
В цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления – активное и реактивное. Поэтому мощность нагрузки характеризуется двумя параметрами: активной мощностью и реактивной мощностью .
Коэффициент мощности cos φ характеризует количество реактивной энергии, потребляемой устройством. Большинство бытовой и офисной техники имеет активный характер нагрузки (реактивное сопротивление у них отсутствует или мало), для них cos φ=1.
Холодильники, кондиционеры, электродвигатели (например, погружной насос), люминисцентные лампы и др. вместе с активной составляющей имеют также и реактивную, поэтому для них необходимо учитывать cos φ.
1.Б. Расчет токовой нагрузки для группы потребителей
Общая мощность нагрузки групповой линии определяется как сумма мощностей всех потребителей данной группы.
То есть для расчета мощности групповой линии необходимо сложить мощности всех приборов данной группы (все приборы, которые Вы планируете включать в этой группе).
Берем лист бумаги и выписываем все приборы, которые планируем подключать к этой группе (т.е. к этому проводу): утюг, фен, телевизор, DVD-проигрыватель, настольную лампу и т.д.):
При расчете группы потребителей вводится так называемый коэффициент спроса Кс , который определяет вероятность одновременного включения всех потребителей в группе в течение длительного промежутка времени. Если все электроприборы группы работают одновременно, то Кс=1.
На практике обычно все приборы одновременно не включаются. В общих расчетах для жилых помещений коэффициент спроса принимается в зависимости от количества потребителей из таблицы, приведенной на рисунке.
Мощности потребителей указываются на табличках электроприборов, в паспортах к ним, при отсутствии данных можно принимать согласно таблицы (РМ-2696-01, Приложение 7.2), или посмотреть на похожие потребители в интернете:
По расчетной мощности определяем полную расчетную мощность: Определяем расчетный ток нагрузки для группы потребителей:
Ток, рассчитанный по приведенным формулам, получаем в амперах.
2. Выбираем номинал автоматического выключателя.
Для внутреннего электроснабжения жилых квартир и домов в основном применяют модульные автоматические выключатели.
Номинальный ток автомата выбираем равным расчетному току или ближайший больший из стандартного ряда:
6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 А.
Если выбрать автомат меньшего , то возможно срабатывание автоматического выключателя при полной нагрузке в линии.
Если выбранный номинальный ток автомата больше величины максимально возможного тока автомата для данного сечения кабеля, то необходимо выбрать кабель большего сечения, что не всегда возможно, или такую линию необходимо разделить на две (если понадобится, то и более) части, и провести весь приведенный выше расчёт сначала.
Необходимо помнить, что для осветительной цепи домашней электропроводки используются кабели 3×1.5 мм 2 , а розеточной цепи — сечением 3×2.5 мм 2 . Это автоматически означает ограничение потребляемой мощности для нагрузки, питаемой через такие кабели.
Из этого также следует, что для линий освещения нельзя применять автоматы с номинальным током более 10А, а для розеточных линии - более 16А. Выключатели освещения выпускаются на максимальный ток 10А, а розетки на максимальный ток 16А.
Рекомендую материалы
Современное электроснабжение частных домов и квартир не рекомендуют делать без защитных автоматов. Они обеспечивают безопасность и гарантируют длительный срок службы проводки. Про выбор автомата защиты и будем говорить в этой статье.
Основная задача автоматического выключателя — защитить проводку от перегрева и изоляцию от плавления. И делает он это путем отключения электропитания в те моменты, когда проводник нагревается до критических температур из-за подключения нагрузки чрезмерно большой мощности. Вторая задача пакетника — отключение линии при токах КЗ (короткого замыкания). Цель та же — сберечь проводку от разрушения.
Своевременное отключение питания при проблемах очень важно, так как предотвращает порчу проводки и пожар. Потому выбор автомата защиты — ответственная задача. Выбирать надо по правилам, а не по принципу «чтобы реже отключалось». Этот способ может привести к пожару. Вообще, выбор автомата защиты проводят по трем параметрам:
- номинал;
- отключающая способность (ток отсечки);
- тип электромагнитного расщепителя (время-токовая характеристика).
Каждый параметр важен и подбирается в зависимости от нагрузки, подключенной к конкретной линии, расположению электропроводки относительно распределительных подстанций.
Виды автоматических выключателей
Автоматы защиты выпускают для однофазных и трехфазных цепей. Для однофазной сети есть два типа пакетников — однополюсные и двухполюсные. К однополюсным подключается только фазный провод и, при срабатывании, отключается только фаза. Такие автоматы рекомендуют ставить в домах и квартирах в помещениях с нормальными условиями эксплуатации. Обычно они устанавливаются на линии освещения, розеточные группы, которые находятся в жилых комнатах, коридорах, кухнях.
Автоматические выключатели — однополюсный, двухполюсный и трехполюсный
На двухполюсные автоматические выключатели заводят и фазный и нулевой провод. Он разрывает обе цепи. Степень защиты тут намного выше так как отключение полное, а не частичное. Такой автомат обеспечит безопасность даже если при аварии напряжение попало на нулевой проводник. Двухполюсные автоматы рекомендуют ставить на выделенные линии, к которым подключена мощная бытовая техника. Также их ставят на помещения со сложными условиями эксплуатации. К ним относится ванная, бассейн, баня.
Для трехфазных сетей используются трехполюсные и двухполюсные автоматические выключатели. На трехполюсные заводят все три фазы. Соответственно, отключают они все одновременно. Такие пакетники ставят на вводе в дом или квартиру, а также на линии, к которым подключены трехфазные потребители — варочная панель, духовой шкаф и другая подобная техника. Для этих же потребителей можно установить четырехполюсные автоматические выключатели. Они также будут отключать и нулевой провод.
На другие линии электропитания, на которых используется одна из фаз, ставятся двухполюсные пакетники. Одновременное отключение фазы и нуля — более предпочтительно. И только на линии освещения можно установить однополюсники.
Выбор автомата защиты по току нагрузки
При планировании электропроводки основное задание — правильно выбрать номинал автоматического выключателя. При прохождении тока через проводник он начинает греться. Чем больший ток проходит по проводнику одного и того же сечения, тем больше выделяется тепла. Задача автоматического выключателя — отключить питание до того момента, когда потребляемый ток станет выше, чем это допустимо. Потому номинал автомата защиты должен быть меньше, чем допустимы ток проводки.
Номиналы автоматических выключателей стандартизованы: 6 А, 10 А, 16 А, 20 А, 25 А, 32 А, 40 А, 50 А и 63 А. На практике шести и десяти амперные варианты уже практически нигде не используются — техники в наших домах становится все больше и линии малого сечения не справляются с нагрузкой.
Выбор номинала
Выбирают автоматический выключатель не по нагрузке, не по мощности подключенных приборов или по току. Эти параметры учитываются при выборе сечения проводника. А выбор автомата защиты делают в зависимости от сечения проводников. Есть специальная таблица, в которой указаны допустимые токи нагрузки и рекомендованный номинал автомата защиты. Пользоваться таблицей просто: находите нужное сечение, в этой строке ищите номинал автомата защиты. Все.
| Сечение жил кабеля | Рекомендуемый номинал защитного автомата | Предельный ток срабатывания автомата | Допустимый длительный ток нагрузки | Максимальная мощность нагрузки | Область применения |
|---|---|---|---|---|---|
| 1,5 мм2 | 10 А | 16 А | 19 А | 4,1 кВт | Освещение и сигнализация |
| 2,5 мм2 | 16 А | 25 А | 27 А | 5,9 кВт | Розетки, электрический теплый пол |
| 4 мм2 | 25 А | 32 А | 38 А | 8,3 кВт | Водонагреватели, кондиционеры, стиральные и посудомоечные машины |
| 6 мм2 | 32 А | 50 А | 46 А | 10,1 кВт | Электроплиты, духовки |
| 10 мм2 | 50 А | 63 А | 70 А | 15,4 кВт | Вводы в дом, квартиру |
Как все работает
Глядя на таблицу возникает вопрос: почему номинал автомата настолько меньше предельно допустимой токовой нагрузки. Ответ в механике работы автоматического выключателя. Он отключается только тогда, когда ток в цепи на 13% превышает ток срабатывания.
Например, автомат на 10 А сработает тогда когда сила тока в цепи будет 16 А + 13% (2,08 А) = 18,08 А. То есть, остается небольшой зазор до величины допустимой нагрузки. Этот зазор необходим, чтобы обеспечить целостность изоляции.
Современная система электроснабжения дома или квартиры не обходится без автоматических выключателей
Что будет, если на провод сечением 1,5 мм2 поставить автомат на 16 А. Ведь его номинал ниже допустимого тока нагрузки? Давайте считать. Ток, при котором пакетник сработает — 25 А + 3,25 А (13%) = 28,25 А. Он выше чем допустимы длительный ток нагрузки. Да, отключаться он будет редко, но через некоторое время изоляция расплавится и проводку придется менять. Потому выбор автомата защиты лучше производить по этой таблице, а никак не по длительно допустимому току.
Выбор по нагрузке
Если линия электропитания проложена с запасом по мощности, а нагрузка на ней далека от предельной можно поставить автомат с более низким номиналом. В этом случае он будет защищать не столько линию от перегрева, сколько технику от токов КЗ.
Выбор автомата защиты по мощности нагрузки — неправильная идея
Выбор номинала автомата защиты в этом случае также можно сделать по той же таблице. Только за отправную точку берем мощность нагрузки. Но еще раз повторимся. Это в том случае, если параметры линии выдерживают намного большую нагрузку чем существует.
Вид электромагнитного расщепителя (кривая отключения)
Следующий параметр, по которому производят выбор автомата защиты — вид электромагнитного расщепителя. Он отвечает за задержку, которая возникает при срабатывании. Она необходима чтобы избежать ложных отключений во время старта моторов различного оборудования.
При включении мотора холодильника, посудомоечной или стиральной машинки, ток в цепи кратковременно возрастает. Это явление называют пусковыми токами, а превышать рабочее потребление они могут в 10-12 раз, но длятся очень недолго. Такое кратковременное повышение вреда не наносит. Так вот, электромагнитный расщепитель должен иметь задержку, которая позволяет игнорировать эти пусковые токи. Отображается эта характеристика латинскими буквами B, C, D. Эта буква ставится перед номиналом автомата защиты (ми фото). Выбор автомата защиты по этому признаку несложен. Надо только знать характер планируемой нагрузки:
Собственно, выбор автоматического выключателя в данном случае прост. На линии освещения достаточно установить автоматы категории B, на остальные можно ставить C.
Выбираем степень защиты от токов КЗ (ток отсечки)
Вторая функция защитного автоматического выключателя — отключать питание при появлении сверх токов, которые возникают при коротком замыкании (КЗ). Автоматы защиты рассчитаны на разные величины этих токов, а характеристика, которая ее отображает — отключающая способность или ток отсечки. Она показывает, при каком токе КЗ автомат все еще останется в рабочем состоянии. Дело в том, что срабатывает пакетник не моментально, ведь существует задержка срабатывания для игнорирования пусковых перегрузок. Во время этой задержки контакты могут оплавиться и устройство окажется неработоспособным. Так вот, ток отсечки или отключающая способность показывает, какой ток могут вынести контакты без ущерба работоспособности.
В бытовой электросети применяются защитные автоматы с тремя степенями защиты от токов КЗ: 4500 А, 6000 А, 10000 А. На корпусе прибора эти цифры проставляются в рамочке чуть ниже номинала автомата. По цене разница довольно ощутима, но это оправдано — в более «стойких» пакетниках используют тугоплавкие материалы, а они значительно дороже.
Как выбрать автомат защиты в этом случае? Выбор зависит от местоположения сети относительно подстанции. Если дом или квартира находятся недалеко, токи КЗ могут быть очень большими, потому отключающая способность должна быть не ниже 10000 А. Если домовладение находится в сельской местности, сети там старые и/или подача происходит по воздушной сети, достаточно автомата с отключающей способностью 4500 А. Во всех остальных случаях ставят на 6000 А.
Степень защиты корпуса
Степень защиты корпус есть в характеристиках. Она обозначается латинскими буквами IP и двумя цифрами. Первая цифра показывает, насколько устройство защищено от проникновения пыли и посторонних предметов. Самая низшая защита (отсутствует) — 0, самый высокий уровень — 6 (полная защита от долговременного воздействия). Вторая цифра отображает защищенность от воздействия влаги. Без защиты — 0, может некоторое время находится в воде — 8. Расшифровка цифр дана в таблице.
Если электрический щиток установлен в квартире, в сухом помещении, достаточно степени защиты IP20. На лестничных площадках желательна уже более высокая степень защиты. Хотя бы IP32. Если автомат устанавливается на улице, стоит ставить не менее IP55.
Дорогие или дешевые?
В магазинах и на рынках есть две ценовые категории защитных автоматов. Одна часть выпускается известными брендами и имеет очень солидный ценник. Это такие Schneider Electric (Шнайдер Электрик), ABB, LeGrand и другие. Эти марки давно на рынке, имеют европейские корни и устоявшуюся репутацию. Качество продукции у них всегда на высоте, так что те, кто не любит рисковать и может себе позволить потратить на сборку электрощитка солидные деньги, предпочитают закупаться продукцией этих производителей.
Рядом с ними обычно лежат такие же автоматы, но стоят они в 2-5 раз меньше. Это IEK (ИЕК), EKF (ЕКФ), TDM (ТДМ), DEKRAFT (Деркафт) и др. Это китайские автоматы, но произведенные на заводах. У некоторых марок (тот же Dekraft) есть европейские корни (в данном случае Германия), но производственные мощности в Китае. Эти марки тоже считаются неплохими, показывают стабильные результаты. Так что для тех, кто старается не тратить лишних денег — это хороший вариант. Доступный по цене и хороший по качеству.
Чего не стоит делать, так это покупать изделия неизвестных производителей. Даже если цена у них очень привлекательная и продавец вам очень их нахваливает.
Есть и при покупке известных брендов подводные камни: слишком много развелось подделок. Причем продают их практически по той же цене, что и оригинал и по внешним признакам отличить их очень сложно. Единственное, на что можно ориентироваться — это меньший вес. В подделках меньше металла, могут отсутствовать какие-то элементы. За счет этого и вес меньше. Еще могут быть погрешности в нанесении надписей, иногда используются краски других оттенков. Чтобы все это заметить, надо предварительно хорошо изучить все нюансы оригиналов на официальных сайтах, а еще лучше подержать их в руках.
При проведении электромонтажных работ основным критерием всегда должна выступать безопасность. Ведь от этого зависит очень многое, вплоть до жизни и здоровья человека. И совершенно не имеет значения причина подобного мероприятия. В любом случае необходимо правильно подобрать защитные устройства. Именно в связи с этим придётся провести расчёт автомата по мощности, учитывая некоторые важные нюансы.
Каждому, кто сталкивался с электропроводкой, приходилось слышать об автоматических выключателях или автоматах. В первую очередь грамотный электрик всегда посоветует отнестись к выбору столь важной части электросети с особой щепетильностью. Так как впоследствии именно этот нехитрый прибор может избавить от многих неприятностей.
Совершенно неважно, какого рода проводятся электромонтажные работы - ложится ли новая проводка в только что построенном доме, заменяется старая, модернизируется щиток или прокладывается отдельная ветка для слишком энергоёмких приборов - в любом случае особое внимание необходимо уделить подбору автомата по мощности и прочим параметрам.
Любой современный автомат имеет две степени защиты. Это означает, что помочь он сможет в двух, наиболее распространённых ситуациях .
Таким образом, автомат способен защитить не только личное имущество, но в некоторых случаях и жизнь. Хотя для этого необходимо провести грамотный расчёт автоматического выключателя по мощности и ряду других параметров. А также не стоит брать автомат «с запасом», так как при критических значениях токов в сети он банально может не сработать, что равнозначно его отсутствию.
Что же касается защиты человека от поражения электрическим током в результате прикосновения к токоведущим частям, то здесь предпочтительнее использовать УЗО.
Принцип работы
Основной задачей защитного выключателя является отсечение подачи электрического тока от подающего кабеля в сеть потребителя. Происходит это благодаря расцепителям, находящимся в теле автомата. Причём существуют два вида таких частей:
- Электромагнитные, представляющие собой катушку, пружину и сердечник, который при превышении номинальных токов втягивается и через пружину разъединяет контакты. Происходит это практически мгновенно - от 0,01 до 0,001 секунды, что способно обеспечить надёжную защиту.
- Биметаллические тепловые - срабатывают при прохождении токов, превышающих предельные значения. При этом биметаллическая пластина, являющаяся основой такого расцепителя, изгибается и происходит разрыв контактов.
Для более надёжного отключения в большинстве современных моделей автоматов стараются применять оба вида расцепителей.
Учитывая разнообразие электросетей и определённых ситуаций, автоматы могут быть разных видов . Принцип их работы ничем существенным не отличается - срабатывают всё те же расцепители, но в зависимости от ситуации и ряда других нюансов используют разные их вариации.
Так, для стандартной однофазной сети напряжением 220 вольт выпускаются однополюсные и двухполюсные АВ. Первые способны разрывать лишь один провод - фазу. Вторые могут работать и с фазой, и с нулём. Безусловно, предпочтительнее использовать второй вариант. Особенно, если дело касается помещений с повышенной влажностью. Конечно, и однополюсный автомат вполне справится со своей задачей, но могут возникнуть ситуации, когда перегоревшие провода замкнут между собой. В таком случае, естественно, фаза будет отсечена, но вот нулевой провод окажется под напряжением, что может быть крайне опасно.
Для трёхфазных сетей напряжением 380 вольт используются трёх- или четерёхполюсные автоматы. Устанавливать их необходимо и на входе, и непосредственно перед потребителем. Как понятно, такие автоматы отсекают все три фазы, подключённые к ним. В редких случаях возможно использование одно- или двухполюсных защитных устройства для отсекания, соответственно, одной или двух фаз.
Конечно, любой автомат превосходно справится с возложенными на него задачами - это не вызывает сомнения, если он исправен. Но дело в том, что подбирать АВ необходимо с учётом нескольких параметров.
Если выбранный автомат слишком «слабый», то будут происходить постоянные ложные срабатывания. И наоборот, слишком «сильная» модель, будет иметь довольно сомнительную полезность.
Мощность нагрузки
Одной из возможностей подобрать защитное устройство является выбор автомата по мощности нагрузки. Для этого необходимо узнать значение тока нагрузки. И уже из этих данных выбирать соответствующий номинал. Проще всего (да и точнее) это сделать с помощью закона Ома по формуле:
где P - мощность потребителя (холодильник, микроволновая печь, стиральная машина и т. п.), а U - напряжение сети.
Для примера потребитель будет взят 1,5 кВт, а напряжение сети обычное 220 В. Имея эти данные, подставив их в формулу, получится:
I = 1500/220 = 6,8 А.
В случае с трёхфазной сетью 380 вольт, напряжение будет 380 В.
Опираясь на закон Ома, можно без труда посчитать мощность нагрузки, из которой подбирать требуемый номинал автомата. Однако не стоит забывать, что, выбирая таким образом АВ, необходимо сложить нагрузку всех потребителей.
Существует и ещё одна формула для выбора автоматического выключателя по току, но она немного сложнее, но и конечный результат будет куда более точен. На практике это не принципиально, но в ознакомительных целях всё же стоит её привести:
Значения I, P, U будут теми же, что и в законе Ома, а вот cos φ - это коэффициент мощности, который учитывает в нагрузке реактивную составляющую. Это значение помогает определить таблица 6.12 нормативного документа СП 31−110−2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий».
Для примера данные будут использованы те же, т. е. потребитель 1,5 кВт, а напряжение всё те же 220 В. Согласно таблице, cos φ будет равен 0,65, как для вычислительных машин. Следовательно:
I = 1500 Вт/220 В * 0,65 = 4,43 А.
Выбирать автомат лишь по мощности нагрузки будет непростительной ошибкой, которая может дорого стоить. Ведь если не учесть при этом сечение кабеля, то теряется всякий смысл в подборе автомата. Однако полученные значения нагрузки и номинал АВ смогут помочь в подборе необходимого кабеля.
Для этого не понадобится делать никаких расчётов, так как достаточно воспользоваться таблицей № 1.3.6 и 1.3.7 ПУЭ, где понятие длительно допустимый ток означает проходящее длительное время по проводнику напряжение, не вызывающее чрезмерного его нагрева. Проще говоря, за это значение можно принять рассчитанную мощность нагрузки. И получить требуемое сечение медного или алюминиевого провода.
По току короткого замыкания
Чтобы выбрать автоматический выключатель по мощности хотя и понадобились некоторые расчёты, но они были крайне просты. Этого совсем нельзя сказать о расчётах при выборе автомата по токам короткого замыкания.
Но при подборе номинала АВ для дома, коттеджа, квартиры или офиса, подобные расчёты будут излишни, так как основной показатель, особенно влияющий на данные, это длинна проводника. Но в подобных ситуациях она крайне мала, чтобы существенно повлиять на результат. Поэтому такие расчёты проводят лишь при проектировании подстанций и других подобных сооружений, где длина кабелей значительная.
Поэтому при выборе автоматического выключателя обычно приобретают модели с обозначением «С», где учитываются значения пусковых токов.
Подбор номинала
Выбор номинала автоматического выключателя должен соответствовать определённым требованиям. А конкретнее, автомат обязан сработать прежде, чем токи смогут превысить допустимые значения проводки. Из этого следует, что номинал автомата должен быть чуть меньше, нежели сила тока, которую способна выдержать проводка.
Выбрать нужный АВ довольно просто. Тем более что существует таблица номиналов автоматов по току, а это значительно упрощает задачу.
Исходя из всего этого, можно составить алгоритм , по которому проще всего подобрать автомат нужного номинала:
- Для отдельно взятого участка вычисляется сечение и материал провода.
- Из таблицы берётся значение максимального тока, который способен выдержать кабель.
- Остаётся с помощью таблицы лишь выбрать автомат со значением чуть меньшим длительно допустимого тока.
Таблица содержит пять номиналов АВ 16 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А, из которых и будет выбираться защитное устройство. Автоматы же меньших значений практически не используются, так как нагрузки современных потребителей просто не позволят этого сделать. Таким образом, имея необходимы значения, очень легко выбрать автомат, соответствующий конкретно взятому случаю.
То, что с электричеством шутки плохи, известно каждому. Неправильный расчёт схемы электроснабжения может привести как минимум к двум неприятным последствиям. Первое, это когда при включении нескольких энергоёмких электроприборов (например, стиральной машины, электрочайника и утюга) срабатывают автоматические выключатели и сеть обесточивается. Неприятно, но не смертельно. Второе, это когда при включении тех же приборов автоматы не сработают, и начнёт плавиться и дымиться электропроводка. А это уже смертельная опасность: до пожара всего один шаг. Вот почему выбор автомата по мощности нагрузки – дело первостепенной важности.
Автоматический однополюсный выключатель Schneider ВА63 1П 25А С на 25 ампер.
Немного теории
Из курса физики известно, что существует зависимость между электрической мощностью, силой тока и напряжением в электрической сети. В упрощённом виде эта зависимость выражается следующей формулой для однофазной сети:
где W – мощность тока в ваттах (Вт);
I – сила тока в амперах (А);
V – напряжение в вольтах (В).
В данном случае нас будет интересовать сила тока, поскольку по этому параметру часто подбирается автомат защиты электросети и характеристики электропроводки. Для удобства преобразуем вышеприведённую формулу в выражение:
В качестве примера рассчитаем силу тока для нагрузки, которую дают на электросеть упомянутые выше энергоёмкие потребители. Их суммарная мощность составит порядка 6 кВт, и при напряжении 220 В мы получим силу тока в цепи:
I = 6000 Вт / 220 В = 27,3 А
Для трёхфазной схемы подключения формула (2) примет следующий вид:
I = W / 1,73V (3)
Это изменение вызвано тем обстоятельством, что при равной нагрузке и равномерном распределении мощности по фазам ток в трёхфазной сети будет втрое меньше. Таким образом, при той же суммарной мощности в 6 кВт, но при напряжении 380 В, сила тока в цепи будет равна:
I = 6000 Вт / (1,73 х 380 В) = 9,1 А
Получив данный показатель, можно приступать к подбору автоматического выключателя, обеспечивающего защиту сети от перегрузки.
Подбор номинала автоматического выключателя по току и мощности нагрузки
Для выбора подходящего автомата удобно рассчитать силу тока на один киловатт мощности нагрузки и составить соответствующую таблицу. Применив формулу (2) и коэффициент мощности 0.95 для напряжения 220 В, получим:
1000 Вт / (220 В х 0,95) = 4,78 А
Учитывая, что напряжение в наших электросетях нередко не дотягивает до положенных 220 В, вполне корректно принять значение 5 А на 1 кВт мощности. Тогда таблица зависимости силы тока от нагрузки будет выглядеть в таблице 1, следующим образом:
Данная таблица даёт приблизительную оценку силы переменного тока, протекающего по однофазной электрической сети при включении бытовых электроприборов. При этом следует помнить, что имеется в виду пиковая потребляемая мощность, а не средняя. Эту информацию можно найти в документации, прилагаемой к электротехническому изделию. На практике удобней пользоваться таблицей предельных нагрузок, учитывающей тот факт, что автоматы выпускаются с определённым номиналом по силе тока (таблица 2):
| Схема подключения | Номиналы автоматов по току | |||||||
| 10 А | 16 А | 20 А | 25 А | 32 А | 40 А | 50 А | 63 А | |
| Однофазная, 220 В | 2,2 кВт | 3,5 кВт | 4,4 кВт | 5,5 кВт | 7,0 кВт | 8,8 кВт | 11 кВт | 14 кВт |
| Трёхфазная, 380 В | 6,6 кВт | 10,6 | 13,2 | 16,5 | 21,0 | 26,4 | 33,1 | 41,6 |
Например, если нужно узнать, на сколько ампер нужен автомат под мощность 15 кВт при трёхфазном токе, то ищем в таблице ближайшее большее значение – оно составляет 16,5 кВт, что соответствует автомату на 25 ампер.
В реальности существуют ограничения по выделяемой мощности. В частности, в современных городских многоквартирных домах с электроплитой выделенная мощность составляет от 10 до 12 киловатт, а на входе ставится автомат на 50 А. Эту мощность разумно разбить на группы с учётом того, что самые энергоёмкие приборы концентрируются на кухне и в ванной комнате. На каждую группу ставится свой автомат, что позволяет исключить полное обесточивание квартиры в случае возникновения перегрузки на одной из линий.
В частности, под электроплиту (или варочную панель) целесообразно сделать отдельный ввод и установить автомат на 32 или 40 ампер (в зависимости от мощности плиты и духовки), а также силовую розетку с соответствующим номинальным током. Других потребителей подключать к этой группе не стоит. Отдельная линия должна быть и у стиральной машины, и у кондиционера – для них будет достаточно автомата на 25 А.
На вопрос о том, сколько розеток можно подключить на один автомат, можно ответить одной фразой: сколько угодно. Сами по себе розетки не потребляют электроэнергию, то есть не создают нагрузку на сеть. Нужно лишь позаботиться о том, чтобы суммарная мощность одновременно включаемых электроприборов соответствовала сечению провода и мощности автомата, о чём будет сказано ниже.
Для частного дома или коттеджа вводной автомат подбирается в зависимости от выделенной мощности. Далеко не всем хозяевам удаётся получить желаемое количество киловатт, особенно в регионах с ограниченными возможностями электросетей. Но в любом случае, как и для городских квартир, сохраняется принцип разделения потребителей на отдельные группы.
Вводной автомат для частного дома
Подбор номинала автоматического выключателя по сечению провода
Определив номинал автомата, исходя из мощности «подвешенной» нагрузки, необходимо убедиться в том, что электропроводка выдержит соответствующий ток. В качестве ориентира можно воспользоваться нижеприведённой таблицей, составленной для медного провода и однофазной цепи (таблица 3):
Как видим, все три показателя (мощность, сила тока и сечение провода) взаимосвязаны, поэтому номинал автомата можно, в принципе, выбирать по любому из них. В то же время необходимо убедиться, что все параметры стыкуются между собой, и при необходимости сделать соответствующую корректировку.
При любом раскладе следует помнить следующее:
- Установка чрезмерно мощного автомата может привести к тому, что до его срабатывания электрооборудование, не защищённое собственным предохранителем, выйдет из строя.
- Автомат с заниженным числом ампер способен стать источником нервных стрессов, обесточивая дом или отдельные помещения при включении электрочайника, утюга или пылесоса.
Для выбора автомата по мощности нагрузки необходимо рассчитать ток нагрузки, и подобрать номинал автоматического выключателя больше или равному полученному значению. Значение тока, выраженное в амперах в однофазной сети 220 В., обычно превышает значение мощности нагрузки, выраженное в киловаттах в 5 раз, т.е. если мощность электроприемника (стиральной машины, лампочки, холодильника) равна 1,2 кВт., то ток, который будет протекать в проводе или кабеле равен 6,0 А(1,2 кВт*5=6,0 А). В расчете на 380 В., в трехфазных сетях, все аналогично, только величина тока превышает мощность нагрузки в 2 раза.
Коэффициент мощности
это безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.
Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига или cos φ
Косинус фи возьмем из таблицы 6.12 нормативного документа СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий»
Таблица 1. Значение Cos φ в зависимости от типа электроприемника
Примем наш электроприемник мощностью 1,2 кВт. как бытовой однофазный холодильник на 220В, cos φ примем из таблицы 0,75 как двигатель от 1 до 4 кВт.
Рассчитаем ток I=1200 Вт / 220В * 0,75 = 4,09 А.
Теперь самый правильный способ определения тока электроприемника — взять величину тока с шильдика, паспорта или инструкции по эксплуатации. Шильдик с характеристиками есть почти на всех электроприборах.
Автоматические выключатели EKF
Общий ток в линии(к примеру розеточной сети) определяется суммированием тока всех электроприемников. По рассчитанному току выбираем ближайший номинал автоматического автомата в большую сторону. В нашем примере для тока 4,09А это будет автомат на 6А.
Очень важно отметить, что выбирать автоматический выключатель только по мощности нагрузки является грубым нарушением требований пожарной безопасности и может привести к возгоранию изоляции кабеля или провода и как следствие к возникновению пожара. Необходимо при выборе учитывать еще и сечение провода или кабеля.
По мощности нагрузки более правильно выбирать сечение проводника. Требования по выбору изложены в основном нормативном документе для электриков под названием ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), а точнее в главе 1.3. В нашем случае, для домашней электросети, достаточно рассчитать ток нагрузки, как указано выше, и в таблице ниже выбрать сечение проводника, при условии что полученное значение ниже длительно допустимого тока соответствующего его сечению.
Выбор автомата по сечению кабеля
Рассмотрим проблему выбора автоматических выключателей для домашней электропроводки более подробно с учетом требований пожарной безопасности.Необходимые требования изложены главе 3.1 «Защита электрических сетей до 1 кВ.», так как напряжение сети в частных домах, квартирах, дачах равно 220 или 380В.
Расчет сечения жил кабеля и провода Напряжение 220В.
– однофазная сеть используется в основном для розеток и освещения.
380В. – это в основном сети распределительные – линии электропередач проходящие по улицам, от которых ответвлением подключаются дома.
Согласно требованиям вышеуказанной главы, внутренние сети жилых и общественных зданий должны быть защищены от токов КЗ и перегрузки. Для выполнения этих требований и были изобретены аппараты защиты под названием автоматические выключатели(автоматы).
Автоматический выключатель «автомат»
это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии цепи, таких, как токи короткого замыкания и перегрузки.
Короткое замыкание (КЗ)
э- лектрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также, коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.
Ток перегрузки
– превышающий нормированное значение длительно допустимого тока и вызывающий перегрев проводника.Защита от токов КЗ и перегрева необходима для пожарной безопасности, для предотвращения возгорания проводов и кабелей, и как следствие пожара в доме.
Длительно допустимый ток кабеля или провода
– величина тока, постоянно протекающего по проводнику, и не вызывающего чрезмерного нагрева.
Величина длительно допустимого тока для проводников разного сечения и материала представлена ниже.Таблица представляет собой совмещенный и упрощенный вариант применимый для бытовых сетей электроснабжения, таблиц № 1.3.6 и 1.3.7 ПУЭ.
Выбор автомата по току короткого замыкания КЗ
Выбор автоматического выключателя для защиты от КЗ (короткого замыкания) осуществляется на основании расчетного значения тока КЗ в конце линии. Расчет относительно сложен, величина зависит от мощности трансформаторной подстанции, сечении проводника и длинны проводника и т.п.
Из опыта проведения расчетов и проектирования электрических сетей, наиболее влияющим параметром является длинна линии, в нашем случае длинна кабеля от щитка до розетки или люстры.
Т.к. в квартирах и частных домах эта длинна минимальна, то такими расчетами обычно пренебрегают и выбирают автоматические выключатели с характеристикой «C», можно конечно использовать «В», но только для освещения внутри квартиры или дома, т.к. такие маломощные светильники не вызывают высокого значения пускового тока, а уже в сети для кухонной техники имеющей электродвигатели, использование автоматов с характеристикой В не рекомендуется, т.к. возможно срабатывание автомата при включении холодильника или блендера из-за скача пускового тока.
Выбор автомата по длительно допустимому току(ДДТ) проводника
Выбор автоматического выключателя для защиты от перегрузки или от перегрева проводника осуществляется на основании величины ДДТ для защищаемого участка провода или кабеля. Номинал автомата должен быть меньше или равен величине ДДТ проводника, указанного в таблице выше. Этим обеспечивается автоматическое отключение автомата при превышении ДДТ в сети, т.е. часть проводки от автомата до последнего электроприемника защищена от перегрева, и как следствие от возникновения пожара.
Пример выбора автоматического выключателя
Имеем группу от щитка к которой планируется подключить посудомоечную машину -1,6 кВт, кофеварку – 0,6 кВт и электрочайник – 2,0 кВт.
Считаем общую нагрузку и вычисляем ток.
Нагрузка = 0,6+1,6+2,0=4,2 кВт. Ток = 4,2*5=21А.
Смотрим таблицу выше, под рассчитанный нами ток подходят все сечения проводников кроме 1,5мм2 для меди и 1,5 и 2,5 по алюминию.
Выбираем медный кабель с жилами сечением 2,5мм2, т.к. покупать кабель большего сечения по меди не имеет смысла, а алюминиевые проводники не рекомендуются к применению, а может и уже запрещены.
Смотрим шкалу номиналов выпускаемых автоматов — 0.5; 1.6; 2.5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63.
Автоматический выключатель для нашей сети подойдет на 25А, так как на 16А не подходит потому что рассчитанный ток (21А.) превышает номинал автомата 16А, что вызовет его срабатывание, при включении всех трех электроприемников сразу. Автомат на 32А не подойдет потому что превышает ДДТ выбранного нами кабеля 25А., что может вызвать, перегрев проводника и как следствие пожар.
Сводная таблица для выбора автоматического выключателя для однофазной сети 220 В.
| Номинальный ток автоматического выключателя, А. | Мощность, кВт. | Ток,1 фаза, 220В. | Сечение жил кабеля, мм2. |
| 16 | 0-2,8 | 0-15,0 | 1,5 |
| 25 | 2,9-4,5 | 15,5-24,1 | 2,5 |
| 32 | 4,6-5,8 | 24,6-31,0 | 4 |
| 40 | 5,9-7,3 | 31,6-39,0 | 6 |
| 50 | 7,4-9,1 | 39,6-48,7 | 10 |
| 63 | 9,2-11,4 | 49,2-61,0 | 16 |
| 80 | 11,5-14,6 | 61,5-78,1 | 25 |
| 100 | 14,7-18,0 | 78,6-96,3 | 35 |
| 125 | 18,1-22,5 | 96,8-120,3 | 50 |
| 160 | 22,6-28,5 | 120,9-152,4 | 70 |
| 200 | 28,6-35,1 | 152,9-187,7 | 95 |
| 250 | 36,1-45,1 | 193,0-241,2 | 120 |
| 315 | 46,1-55,1 | 246,5-294,7 | 185 |
Сводная таблица для выбора автоматического выключателя для трехфазной сети 380 В.
| Номинальный ток автоматического выключателя, А. | Мощность, кВт. | Ток, 1 фаза 220В. | Сечение жил кабеля, мм2. |
| 16 | 0-7,9 | 0-15 | 1,5 |
| 25 | 8,3-12,7 | 15,8-24,1 | 2,5 |
| 32 | 13,1-16,3 | 24,9-31,0 | 4 |
| 40 | 16,7-20,3 | 31,8-38,6 | 6 |
| 50 | 20,7-25,5 | 39,4-48,5 | 10 |
| 63 | 25,9-32,3 | 49,2-61,4 | 16 |
| 80 | 32,7-40,3 | 62,2-76,6 | 25 |
| 100 | 40,7-50,3 | 77,4-95,6 | 35 |
| 125 | 50,7-64,7 | 96,4-123,0 | 50 |
| 160 | 65,1-81,1 | 123,8-124,2 | 70 |
| 200 | 81,5-102,7 | 155,0-195,3 | 95 |
| 250 | 103,1-127,9 | 196,0-243,2 | 120 |
| 315 | 128,3-163,1 | 244,0-310,1 | 185 |
| 400 | 163,5-207,1 | 310,9-393,8 | 2х95* |
| 500 | 207,5-259,1 | 394,5-492,7 | 2х120* |
| 630 | 260,1-327,1 | 494,6-622,0 | 2х185* |
| 800 | 328,1-416,1 | 623,9-791,2 | 3х150* |
* — сдвоенный кабель, два кабеля соединенных паралельно, к примеру 2 кабеля ВВГнг 5х120
Итоги
При выборе автомата необходимо учитывать не только мощность нагрузки, но и сечение и материал проводника.
Для сетей с небольшими защищаемыми участками от токов КЗ, можно применять автоматические выключатели с характеристикой «С»
Номинал автомата должен быть меньше или равен длительно допустимому току проводника.
