Расчет автомата по нагрузке

Уже достаточно давно в современных домах перестали использовать пробки. Им на смену пришли более технологические устройства — автоматы, они же пакетники, хотя некоторые до сих пор именуют их по-прежнему пробками, но это неправильно, ведь принцип работы пробки и автомата несколько разный. Так как в этой статье мы будем рассматривать подбор автомата, в зависимости от сечения кабеля, то и о пробках речи не будет.

Итак, автомат представляет собой устройство, позволяющее размыкать электрическую цепь автоматическим путем в двух случаях:

• токовая перегрузка линии;
• возникновение короткого замыкания (КЗ).

В первом случае перегрузка возникает из-за неисправности электроприборов или их большого количества и удельной мощности. Во втором же случае, из-за замыкания, расход электроэнергии идет на нагрев проводов с максимально возможным током для этого участка. Кроме вышеуказанных случаев разрыва цепи автомат предоставляет возможность мануального управления. На корпусе устройства имеется рубильник, позволяющий размыкать цепь.

Предназначение автоматического выключателя — защита того участка электрической цепи для которой он установлен, а так же своевременное размыкание этого участка при возникающей перегрузке или коротком замыкании.

Виды автоматов

Классификация автоматических выключателей происходит по следующим параметрам:

• количество полюсов;
• номинальный и предельный токи;
• применяемый тип электромагнитного расцепителя;
• максимальная мощность отключаемой способности.

Рассмотрим по порядку.

Количество полюсов

Количество полюсов — такое количество фаз, которое способен защищать автомат. По количеству полюсов автоматы могут быть:

1. Однополюсные.
   Обеспечивается защита одного выходящего провода, одной фазы.
2. Двухполюсные.
   Как правило, это два совмещенных однополюсных автомата с одной общей ручкой управления. В ситуации, когда ток одного из автоматов превышает разрешенную нагрузку происходит отключение обоих устройств. Используются двухполюсные автоматы для полного отключения нагрузки (одна фаза), отключая рабочую фазу и рабочий нуль.


3. Трехполюсные.
   Используются с трехфазными цепями, при превышении нагрузки происходит отключение трех фаз одновременно. Такие автоматы так же имеют один общий размыкатель цепи.
4. Четырехполюсные.
   Аналогичны двухполюсным, но предназначены для работы с трехфазными цепями. При превышении нагрузки происходит размыкание трех фаз и рабочего нуля одновременно.

Номинальный и предельный токи

Тут все просто — такая сила тока, при которой автомат будет размыкать цепь. При номинальном токе и даже немного больше заявленного будет осуществляться работа, однако только при превышении предельного тока на 10–15% произойдет отключение. Обусловлено это тем, что достаточно часто стартовые токи превышают предельно возможные токи на небольшой промежуток времени, поэтому в автомате есть определенный запас времени, по истечению которого произойдет размыкание цепи.

Тип электромагнитного расцепителя

Эта деталь автомата, которая позволяет размыкать цепь при коротком замыкании, а так же в случае повышения тока (перегрузки) на определенное количество раз. Расцепители разделяются на несколько категорий, рассмотрим самые популярные:

• B — размыкание при превышении номинального тока в 3–5 раз;
• C — при превышении в 5–10 раз;
• D — при превышении в 10–20 раз.

Максимальная мощность отключаемой способности. Такое значение тока короткого замыкания (определяется в тысячах ампер), при котором автомат останется рабочим после размыкания цепи из-за короткого замыкания.

Подбор оптимального сечения кабеля

Каждый кабель, как и автомат, имеет определенный разрешенный ток нагрузки. В зависимости от сечения и материала кабеля варьируется и ток нагрузки. Для выбора автомата по сечению кабеля следует использовать таблицу.

Необходимо заметить, что допускается выбирать кабель с небольшим запасом, но никак не пакетный выключатель! Автомат должен соответствовать планируемой нагрузке! В соответствии с правилами устройств электроустановок 3.1.4 — токи уставок автоматов следует выбирать такие, которые будут меньше расчетных токов выбираемых зон.

Рассмотрим на примере, на определенном участке электропроводка проложена кабелем сечением 2.5 мм квадратных, а нагрузка составляет 12 кВт, в данном случае при монтаже автомата (по минимальному току) на 50 А произойдет возгорание проводки, так как провод с данным сечением рассчитан на разрешенный ток в 27 А, а через него проходит значительно больше. В данном случае разрыва цепи не происходит, так как автомат адаптирован под данные токи, а провод — нет, автоматика отключит автомат только в случае короткого замыкания.

Пренебрежение данным правилом грозит серьезными последствиями!

Важно! Сначала следует рассчитывать мощность потребителей, а затем уже выбирать проводник соответствующего сечения и только после этого выбирать автомат (пакетник). Номинальный ток пакетника должен быть меньше максимального тока, разрешенного для провода этого сечения.

Именно благодаря такому принципу проводка никогда не перегреется и, следовательно, не произойдет возгорания.

Расчёт мощности потребителей

Каждую электрическую сеть в квартире или доме можно условно поделить на участки (помещения). В зависимости от того, какие приборы планируется использовать на том или ином участке делается расчёт электропроводки. Обычно зоны электропроводки для каждого автомата разделены между собой на каждое помещение квартиры или дома. Один участок проводки на одну комнату, второй на другую, а третий на кухню и ванную комнату. Особняком в данной ситуации стоят такие мощные потребители как электроплитки, духовые шкафы, водонагреватели, котлы отопления. Такая техника требует выделенной линии питания, поэтому в современных домах, предназначенных для использования с электрическими плитами, для обеспечения питания прибора выведен отдельный автоматический выключатель.

Рассчитать требуемый ток для того или иного участка проводки достаточно просто. Для этого используется формула I=P/U, в соответствии с которой I — сила тока, P — мощность (в ваттах) всех работающих электрических приборов на этой линии, U — напряжение сети (является стандартным — 220 вольт). Для расчета необходимо сложить мощности тех электроприборов, которые планируется использовать на линии, после чего разделить полученную сумму на 220. Отсюда и получаем силу тока, в соответствии с которой надо будет выбрать кабель определенного сечения.

В качестве примера возьмем участок (комната) и рассчитаем для неё автомат и кабель необходимого сечения. В комнате одновременно будут работать:

• пылесос (1300 Вт);
• электроутюг (1000 Вт);
• кондиционер (1300 Вт);
• компьютер (300 Вт).

Сложим данные показатели (1300+1000+1300+300 = 3900 Вт) и разделим их на 220 (3900/220 = 17.72). Получается, что сила тока равна 17.72, подбираем для этого оптимальное сечение кабеля исходя из таблицы, берем медный кабель с сечением 2.5 мм или 4 мм квадратных (обязательно берем с запасом) и автомат с номинальным током защиты в 20 ампер.

Стоит упомянуть, что не стоит выбирать автоматический выключатель с завышенным показателем номинального тока, так как при перегрузке электрической сети (превышении показателей длительно-допустимого тока для определенного провода) начнется возгорание проводки. Номинал автомата должен быть соответствовать величине длительно-допустимого тока проводника или быть меньше.

Опытные электрики неоднократно говорят о том, что не стоит устанавливать кабели небольшого сечения из-за их дешевизны, следует выбирать кабель с запасом во избежание перегрузки электрического участка и возгорания проводки. А вот выбирать мощный автомат противопоказано!

Проводка монтируется один раз, заменить её сложно, а произвести замену выключателя в случае значительно возросшей нагрузки в разы проще.

На данный момент появляется все больше мощных электрических приборов, поэтому стоит заранее позаботиться, вдруг вы решите использовать более мощный пылесос или же добавить в помещение какой-то дополнительный прибор.

Нюансы

В основном, вопросов с подбором пакетника по сечению кабеля у читателей не должно возникнуть, но есть некоторые тонкости, которые мы не упомянули выше.

1. Автомат с каким типом электромагнитного расцепителя выбрать
   В быту чаще всего используются автоматы категории «В» и «С».
   Обусловлено это максимально быстрым срабатыванием пакетных выключателей при превышении номинального тока. Это крайне актуально при использовании таких приборов как электрочайники, тостеры и утюги. В зависимости от типа используемой техники следует выбирать определенную категорию, желательно отдать предпочтение выключателям категории «В».


2. Автомат с какой максимальной мощностью отключаемой способности выбрать
   Зависит от места расположения ввода электричества с подстанции в квартиру, если в непосредственной близости, то стоит выбирать с отключаемой способностью в 10000 ампер, в остальном же для городских квартир хватает устройств на 5000–6000 ампер. Можно перестраховаться и выбрать вариант в 10000 ампер, в конечном счете данный показатель влияет лишь на то, будет ли работоспособен автомат после короткого замыкания.
3. Какой тип провода выбрать: алюминий или медь
   Настоятельно не рекомендуем приобретать алюминиевые проводники. Медная проводка более надежная и способна выдерживать более высокие токи.

Источник: ProFazu.ru

Дело в том ,что это оценочный расчет.Более точные расчеты показывают ,что автомат на 6 ампер вообще надо устанавливать на кабель сечением 2.5 миллиметра квадратного ( ну с риском можно 10 ампер).Существует норма ПУЭ ,которая тр.
прокладки — в земле или открыто на воздухе что подтверждается прайсами заводов — изготовителей кабелей об их назначении — для открытой прокладки.Можно самостоятельно рассчитать номинальный ток кабеля в этом случае по известным формулам в соответствии с ГОСТ РМ ЭК 60287 — 2 — 1 — 2009,но для расчета необходимо знать тепловое среды прокладки кабеля,согласно теплотехническому справочнику тепловое сопротивление ,например ,газобетона составляет ( 12.5 — 7.14 ) градус * метр / ватт,расчет номинального тока дает значение 12 — 17 ампер для трехжильного медного кабеля из серии ВВГ с сечением жил 2.5 миллиметра квадратного.Но ,конкретное значение теплового сопротивления газобетона ,по которому проходит наша кабельная линия нам не известно.Значит ,согласно ПУЭ, по наихудшим условиям для модульных автоматов, изготовленных по DIN стандартам,выбор номинального тока должен производится также по DIN стандартам ,то есть номинальный ток автомата 12 / 1.45.
еристик автомата из технического каталога его завода — изготовителя 10.5 * 1.13 = 11.865 ампер или примерно 12 ампер,что допустимо,однако при работе автомата в зоне 1.13 — 1.45 его номинального тока и при токе 1.45 номинального тока автомата мы получим 10.5 * 1.45 = 15.225,примерно 15 ампер.Если у нас тепловое сопротивление газобетона 12.5 градус * метр / ватт , то тепловой поток кабеля при протекании по нему тока в 15 ампер составит 15 * 15 * 0.00871 * 2 = 3.91 ,примерно 4 ватта.И этот тепловой поток кабеля, от нагревания кабеля протекающим по нему током , нагреет газобетон до температуры 12.5 * 4 = 50 градусов Цельсия в наихудшем случае ,температура в помещении + 20 градусов Цельсия ,перепад температуры в изоляции жилы кабеля и его оболочки по расчетным данным 10 градусов Цельсия.Отсюда температура жилы кабеля 20 + 50 + 10 = + 80 градусов Цельсия ,при максимально допустимой температуре жилы кабеля по ПУЭ + 65 градусов Цельсия и предельной температуре для поливинилхлоридно.
оставляет 14.5 лет,вместо положенных по НТД 30 лет.Вот откуда и взялся автомат в 6 ампер при сечении жил кабеля в 1.5 миллиметра квадратного.Конечно ,выход есть ,прокладывать проводку в гофре ,но очень многие электрики этого не делают ,мотивируя это снижением номинального тока кабеля,однако,как показывает расчет, в любом случае автомат с номиналом более 16 ампер на кабель с сечением жил в 2.5 миллиметра квадратного не поставишь,так что некоторое увеличение номинального тока кабеля при прокладке его именно под штукатуркой поверх оснований из различных строительных материалов и при расчете номинального тока кабеля ,проложенного именно в штукатурке,по методике расчета номинального тока кабеля при прокладке его в земле с низкой теплопроводностью ,учитывая,что слой штукатурки поверх кабеля должен быть не менее 10 миллиметров,значения не имеет.Только при прокладке по железобетону в песчано — цементной штукатурке на кабель с сечением жил 2.5 миллиметра квадратного можно установить автомат на 20 ампер по условиям охлаждения кабеля.При прокладке же в гофре или ПВХ трубах соответствующего диаметра, получаем в результате расчета,для кабеля с сечением жил 1.5 миллиметра квадратного номинальный ток кабеля 17 ампер,мощность тепловых потерь при этом токе в 7.8 ватта на один метр длины линии ,автомат защиты линии 10 ампер,номинальный длительный рабочий ток кабеля 12 ампер,внутренний диаметр гофры из условий охлаждения кабеля воздухом посредством конвекционной теплопередачи — 14 .1 миллиметра,этот же внутренний диаметр гофры подходит для двухжильного кабеля с сечением жил 2.5 миллиметра квадратного,наружный диаметр гофры — 20 миллиметров,гофра с наружным диаметром в 16 миллиметров годится только для проводов без защитной оболочки.Для кабеля с сечением жил в 2.5 миллиметра квадратного номинальный ток 21 ампер ,мощность тепловых потерь при этом токе 8 ватт на один метр длины линии,автомат защиты линии 13 ампер,при сменяемой проводке и отсутствии частых длительных перегрузок по току 16 ампер,номинальный длительный рабочий ток линии — 15.5 ампер,внутренний диаметр гофры — 18.3 миллиметра и наружным диаметром в 25 миллиметров.Для сечения кабеля 4 миллиметра квадратного — номинальный ток в гофре с наружным диаметром 32 миллиметра и внутренним 24.1 миллиметра ,29 — 30 ампер ,автомат 16 ампер или,допустимо в крайнем случае ,20 ампер,мощность тепловых потерь на один метр длины линии около 9.2 ватта при номинальном токе кабеля 29 — 30 ампер,для сечения 6 миллиметров квадратных номинальный ток кабеля в гофре 36 — 37 ампер,мощность тепловых потерь на один метр длины линии — 9.6 ватта,автомат защиты — 25 ампер,наружный диаметр гофры 32 — 40 миллиметров.Для сечения кабеля в 10 миллиметров квадратных номинальный ток кабеля в гофре с наружным диаметром в 40 миллиметров 49 — 50 ампер,автомат защиты линии — 32 ампера,мощность тепловых потерь на один метр длины линии — 10.3 ватта,максимальный длительный допустимый рабочий ток кабеля при температуре в помещении в + 20 градусов Цельсия 48 ампер.Гофра обеспечивает номинальный ток кабеля и условия его охлаждения воздухом по всей длине линии независимо от теплопроводности материалов,по которым прокладывается линия ,при при максимальном длительном рабочем токе кабеля температура наружной поверхности гофры не превышает температуру окружающей среды более чем на 10 градусов Цельсия,при аварийных токах в кабеле задерживает нагрев среды прокладки до опасной температуры и позволяет сработать резервной защите кабеля с некоторой задержкой по времени,то есть выполняет противопожарную функцию,обеспечивает механическую защиту изоляции кабеля от плющения средой прокладки кабеля при ее нагреве и от продольных трещин в изоляции кабеля при прохождении кабельной линии по материалам с разной теплопроводностью на границах зон с разной температурой изоляции.Недостатком гофры является возможность прогорания при аварийных токах кабеля в местах касания ее кабелем.

Источник: VolgaProekt.ru

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 (I_n) или “номинал”.

Суть этого значения проще понять, используя коэффициент превышения номинала K = I / I_n, 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.

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

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

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.

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.

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 выборочного отключения 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 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). Если в помещении выполнена разводка на несколько контуров, то каждый из них защищают отдельным выключателем. Их номиналы и классы определяет владелец помещения с учетом существующей проводки или мощности подключаемых приборов.

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.

Расчет необходимого номинала

Основная защитная функция автоматического выключателя распространяется на проводку, поэтому подбор номинала осуществляют по сечению кабеля. При этом вся цепь должна обеспечить штатную работу подключенных к ней приборов. Расчет параметров системы не сложен, но надо учесть много нюансов, чтобы избежать ошибок и возникновения в связи с этим проблем.

Определение суммарной мощности потребителей

Один из главных параметров электрического контура – максимально возможная мощность подключенных к ней потребителей электроэнергии. При расчете этого показателя нельзя просто суммировать паспортные данные устройств.

Активная и номинальная компонента

Для любого прибора, работающего от электричества, производитель обязан указать активную мощность (P). Эта величина определяет количество энергии, которая будет безвозвратно преобразована в результате работы аппарата и за которую пользователь будет платить по счетчику.

Но для приборов с наличием конденсаторов или катушки индуктивности есть еще одна мощность с ненулевым значением, которую называют реактивной (Q). Она доходит до устройства и практически мгновенно возвращается обратно.

Реактивная компонента не участвует при подсчете использованной электроэнергии, но совместно с активной формирует так называемую “полную” или “номинальную” мощность (S), которая дает нагрузку на цепь.

Считать вклад отдельного устройства в общую нагрузку на токопроводящие жилы и автомат необходимо по его полной мощности S = P / cos(f).

Повышенные стартовые токи

Следующей особенностью некоторых типов бытовой техники является наличие трансформаторов, электродвигателей или компрессоров. Такие устройства при начале работы потребляют пусковой (стартовый) ток. Его значение может в несколько раз превышать стандартные показатели, но время работы на повышенной мощности невелико и обычно составляет от 0.1 до 3 секунд.

Такой кратковременный всплеск не приведет к срабатыванию теплового расцепителя, но вот электромагнитный компонент выключателя, отвечающий за сверхток короткого замыкания, может среагировать. Особенно эта ситуация актуальна для выделенных линий, к которым подключают оборудование типа деревообрабатывающих станков. В этом случае нужно посчитать ампераж и, возможно, имеет смысл использовать автомат класса “D”.

Учет коэффициента спроса

Для цепей, к которым подключено большое количество оборудования и отсутствует устройство, которое потребляет наибольшую часть тока, используют коэффициент спроса (ks). Смысл его применения заключается в том, что все приборы не будут работать одновременно, поэтому суммирование номинальных мощностей приведет к завышенному показателю.

Этот коэффициент может принимать значение равное или меньшее единице. Вычисления расчетной мощности (P_r) каждого прибора происходит по формуле:

P_r = ks * S

Суммарную расчетную мощность всех приборов применяют для вычисления параметров цепи. Использование коэффициента спроса целесообразно для офисных и небольших торговых помещений с большим числом компьютеров, оргтехники и другой аппаратуры, запитанной от одного контура.

Для линий с незначительным количеством потребителей этот коэффициент не применяют в чистом виде. Из подсчета мощности убирают те устройства, чье включение одновременно с более энергозатратными приборами маловероятно. Так, например, мало шансов на единовременную работу в жилой комнате с утюгом и пылесосом. А для мастерских с небольшим числом персонала в расчет берут только 2-4 наиболее мощных электроинструмента.

Вычисление силы тока

Выбор автомата производят по максимальному значению силы тока, допустимому на участке цепи. Необходимо получить этот показатель, зная суммарную мощность электропотребителей и напряжение в сети.

Согласно ГОСТ 29322-2014 с октября 2015 года значение напряжения должно быть равным 230 В для обыкновенной сети и 400 В – для трехфазной. Однако, в большинстве случаев, до сих пор действуют старые параметры: 220 и 380 В соответственно. Поэтому для точности расчетов необходимо провести замеры с применением вольтметра.

Еще одной проблемой, особенно актуальной в частном секторе, является предоставление электроснабжения с недостаточным напряжением. Замеры на таких проблемных объектах могут показывать значения, выходящие за определенный ГОСТом диапазон. Более того, в зависимости от уровня потребления соседями электричества, значение напряжения может сильно меняться в течение короткого времени.

Это создает проблему не только для функционирования приборов, но и для расчета силы тока. При падении напряжения некоторые устройства просто теряют в мощности, а некоторые, у которых присутствует входной стабилизатор, увеличивают потребление электричества.

Качественно провести расчеты необходимых параметров цепи в таких условиях сложно. Поэтому либо придется прокладывать кабеля с заведомо большим сечением (что дорого), либо решать проблему через установку входного стабилизатора или подключение дома к другой линии.

После того как была найдена общая мощность электроприборов (S) и выяснено значение напряжения (U), расчет силы тока (I) проводят по формулам, являющихся следствием закона Ома:

I_f = S / U_f  для однофазной сети

I_l = S / (1.73 * U_l) для трехфазной сети

Здесь индекс “f” означает фазные параметры, а “l” – линейные.

Большинство трехфазных устройств используют тип подключения “звезда”, а также именно по этой схеме функционирует трансформатор, выдающий ток для потребителя. При симметричной нагрузке линейная и фазная сила будут идентичны (I_l = I_f), а напряжение рассчитывают по формуле:

U_l = 1.73 * U_f

Нюансы подбора сечения кабеля

Качество и параметры проводов и кабелей регулирует ГОСТ 31996-2012. По этому документу для выпускаемой продукции разрабатывают ТУ, где допускается некоторый диапазон значений базовых характеристик. Изготовитель обязан предоставить таблицу соответствия сечения жил и максимальной безопасной силы тока.

Выбирать кабель необходимо так, чтобы обеспечить безопасное протекание тока, соответствующего расчетной суммарной мощности электроприборов. Согласно ПУЭ (правила устройства электроустановок) минимальное сечение проводов, 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 резон использовать провода с сечением на шаг больше, чем минимально допустимое. В этом случае существует возможность подключения дополнительных приборов или замена уже существующих на более мощные без дорогостоящих и длительных работ по прокладке новых кабелей.

Расчет параметров автомата

Для любой цепи должно быть выполнено следующее неравенство:

I_n <= I_p / 1.45

Здесь I_n – номинальный ток автомата, а I_p – допустимый ток для проводки. Это правило обеспечивает гарантированное расцепление при длительном превышении допустимой нагрузки.

Рассчитать номинал автомата можно как по суммарной нагрузке, так и по сечению жил уже проложенной проводки.

Допустим, что существует схема подключения электроприборов, но проводка еще не проложена. В этом случае последовательность действий следующая:

1. Вычисление суммарной силы тока подключенных к сети электроприборов.
2. Выбор автомата с номиналом не меньше, чем вычисленная величина.
3. Подбор сечения кабеля по номиналу автомата.

Пример:

1. S = 4 кВт; I = 4000 / 220 = 18 A;
2. I_n = 20 A;
3. I_p >= I_n * 1.45 = 29 A; D = 4 мм².

Если проводка уже проложена, то последовательность действий другая:

1. Определение допустимого тока при известном сечении и способе прокладки проводки по предоставленной производителем таблице.
2. Подбор автоматического выключателя.
3. Вычисление мощности подключаемых устройств. Комплектование группы приборов таким образом, чтобы суммарная нагрузка на цепь была меньше номинала.

Пример. Пусть проложены два одножильных кабеля открытым способом, D = 6 мм², тогда:

1. I_p = 46 A;
2. I_n <= I_p / 1.45 = 32 A;
3. S = I_n * 220 = 7.0 кВт.

В пункте 2 последнего примера есть незначительное допустимое приближение. Точное значение I_n = I_p / 1.45 = 31.7 A округлено до значения 32 A.

Выбор между несколькими номиналами

Иногда возникает ситуация, когда можно выбрать несколько автоматов с разными номиналами для защиты контура. Например, при суммарной мощности электроприборов 4 кВт (18 A) была с запасом выбрана проводка с сечением медных жил 4 мм². Для такой комбинации можно поставить выключатели на 20 и 25 A.

Плюсом выбора выключателя с наивысшим номиналом является возможность подключения дополнительных приборов без изменения элементов контура. Чаще всего так и поступают.

В пользу выбора автомата с меньшим номиналом говорит тот факт, что его тепловой расцепитель быстрее среагирует на повышенный показатель силы тока. Дело в том, что у некоторых приборов может возникнуть неисправность, которая приведет к росту потребления энергии, но не до значения короткого замыкания.

Например, поломка подшипника двигателя стиральной машины приведет к резкому увеличению тока в обмотке. Если автомат быстро среагирует на превышение разрешенных показателей и произведет отключение, то мотор не сгорит.

Выводы и полезное видео по теме

Конструкция автоматического выключателя и его классификация. Понятие времятоковой характеристики и подбор номинала по сечению кабеля:

Расчет мощности приборов и выбор автомата с использованием положений ПУЭ:

К выбору выключателя нужно отнестись ответственно, так как от этого зависит безопасность работы электросистемы дома. При всем множестве входных параметров и нюансов расчета необходимо помнить, что основная защитная функция автомата распространяется на проводку.

Источник: sovet-ingenera.com

Что защищает автоматический выключатель

Прежде чем подбирать автомат, стоит разобраться, как он работает и что он защищает. Многие люди считают, что автомат защищает бытовые приборы. Однако это абсолютно не так. Автомату нет никакого дела до приборов, которые вы подключаете к сети – он защищает электропроводку от перегрузки.

Ведь при перегрузке кабеля или возникновении короткого замыкания возрастает сила тока, что приводит к перегреву кабеля и даже возгоранию проводки.

Особенно сильно возрастает сила тока при коротком замыкании. Величина силы тока может возрасти до нескольких тысяч ампер. Конечно, никакой кабель не способен долго продержаться при такой нагрузке. Тем более, кабель сечением 2,5 кв. мм, который часто используют для прокладки электропроводки в частных домовладениях и квартирах. Он попросту загорится, как бенгальский огонь. А открытый огонь в помещении может привести к пожару.

Поэтому правильный расчет автоматического выключателя играет очень большую роль. Аналогичная ситуация возникает при перегрузках — автоматический выключатель защищает именно электропроводку.

Когда нагрузка превышает допустимое значение, сила тока резко возрастает, что приводит к нагреванию провода и оплавлению изоляции. В свою очередь, это может привести к возникновению короткого замыкания. А последствия такой ситуации предсказуемы – открытый огонь и пожар!

По каким токам производят расчет автоматов

Функция автоматического выключателя состоит в защите электропроводки, подключенной после него. Основным параметром, по которому производят расчет автоматов, является номинальный ток. Но номинальный ток чего, нагрузки или провода?

Исходя из требований ПУЭ 3.1.4, токи уставок автоматических выключателей которые служат для защиты отдельных участков сети, выбираются по возможности меньше расчетных токов этих участков или по номинальному току приемника.

Расчет автомата по мощности (по номинальному току электроприемника) производят, если провода по всей длине на всех участках электропроводки рассчитаны на такую нагрузку. То есть допустимый ток электропроводки больше номинала автомата.

Также учитывается время токовая характеристика автомата, но про нее мы поговорим позже.

Например, на участке, где используется провод сечением 1 кв. мм, величина нагрузки составляет 10 кВт. Выбираем автомат по номинальному току нагрузки — устанавливаем автомат на 40 А. Что произойдет в этом случае? Провод начнет греться и плавиться, поскольку он рассчитан на номинальный ток 10-12 ампер, а сквозь него проходит ток в 40 ампер. Автомат отключится лишь тогда, когда произойдет короткое замыкание. В результате может выйти из строя проводка и даже случиться пожар.

Поэтому определяющей величиной для выбора номинального тока автомата является сечение токопроводящего провода. Величина нагрузки учитывается лишь после выбора сечения провода. Номинальный ток, указанный на автомате, должен быть меньше максимального тока, допустимого для провода данного сечения.

Таким образом, выбор автомата производят по минимальному сечению провода, который используется в проводке.

Например, допустимый ток для медного провода сечением 1,5 кв. мм, составляет 19 ампер. Значит, для данного провода выбираем ближайшее значение номинального тока автомата в меньшую сторону, составляющее 16 ампер. Если выбрать автомат со значением 25 ампер, то проводка будет греться, так как провод данного сечения не предназначен для такого тока. Чтобы правильно произвести расчет автоматического выключателя, необходимо, в первую очередь, учитывать сечение провода.

Расчет вводного автоматического выключателя

Система электропроводки делится на группы. Каждая группа имеет свой кабель с определенным сечением и автоматические выключатели с номинальным током удовлетворяющему этому сечению.

Чтобы выбрать сечение кабеля и номинальный ток автомата, нужно произвести расчет предполагаемой нагрузки. Этот расчет производят, суммируя мощности приборов, которые будут подключены к участку. Суммарная мощность позволит определить ток, протекающий через проводку.

Определить величину тока можно по следующей формуле:

1. Р — суммарная мощность всех электроприборов, Вт;
2. U — напряжение сети, В (U=220 В).

Несмотря на то, что формула применяется для активных нагрузок, которые создают обычные лампочки или приборы с нагревательным элементом (электрочайники, обогреватели), она все же поможет приблизительно определить величину тока на данном участке. Теперь нам нужно выбрать токопроводящий кабель. Зная величину тока, мы по таблице сможем выбрать сечение кабеля для данного тока.

После этого можно производить расчет автоматического выключателя для электропроводки данной группы. Помните, что автомат должен отключиться раньше, чем произойдет перегрев кабеля, поэтому номинал автомата выбираем ближайшее меньшее значение от расчетного тока.

Смотрим на величину номинального тока на автомате и сравниваем ее с максимально допустимой величиной тока для провода с данным сечением. Если допустимый ток для кабеля меньше, чем номинальный ток, указанный на автомате, выбираем кабель с большим сечением.

Источник: electricvdome.ru

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:

W = I x V (1)

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:

I = W / V (2)

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:

Мощность, кВт	2	4	6	8	10	12	14	16
Сила тока, А	10	20	30	40	50	60	70	80

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.

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):

Сечение жилы, кв.мм	Допустимый ток, А	Макс. мощность нагрузки, кВт	Ток автомата, А	Возможные потребители
1,5	19	4,2	16	Освещение, сигнализация
2,5	27	6,0	25	Розеточная группа, тёплый пол
4	38	8,4	32	Кондиционер, водогрейка
6	46	10,1	40	Электроплита, духовка

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:

2. Установка чрезмерно мощного автомата может привести к тому, что до его срабатывания электрооборудование, не защищённое собственным предохранителем, выйдет из строя.
3. Автомат с заниженным числом ампер способен стать источником нервных стрессов, обесточивая дом или отдельные помещения при включении электрочайника, утюга или пылесоса.

 

Источник: domashnysvet.ru