При проектировании электросети нового дома, для подключения новых мощных приборов, в процессе модернизации электрощита приходится осуществлять выбор автоматического выключателя для надёжной электрической безопасности.
Некоторые пользователи небрежно относятся к данной задаче, и могут не задумываясь подключить любой имеющийся автомат, лишь бы работало, или при выборе ориентируются по таким критериям: подешевле, чтоб не сильно по карману било, или по мощней, чтобы лишний раз не выбивало.
Очень часто такая халатность и незнание элементарных правил выбора номинала предохранительного устройства приводит к фатальным последствиям. Данная статья ознакомит с основными критериями защиты электропроводки от перегрузки и короткого замыкания, для возможности правильного выбора защитного автомата соответственно мощности потребления электроэнергии.
Коротко принцип работы и предназначение защитных автоматов
Автоматический выключатель при коротком замыкании срабатывает практически моментально благодаря электромагнитному расщепителю. При определённом превышении номинального значения тока нагревающаяся биметаллическая пластина отключит напряжение спустя некоторое время, которое можно узнать из графика время токовой характеристики.
Данное предохранительное устройство защищает проводку от КЗ и сверх токов, превышающих расчётное значение для данного сечения провода, которые могут разогреть токопроводящие жилы до температуры плавления и возгорания изоляции. Чтобы этого не произошло, нужно не только правильно подобрать защитный выключатель, соответствующий мощности подключаемых устройств, но и проверить, выдержит ли имеющаяся сеть такие нагрузки.
Внешний вид трех полюсного автоматического выключателя
Провода должны соответствовать нагрузке
Очень часто бывает, что в старом доме устанавливается новый электросчётчик, автоматы, УЗО, но проводка остаётся старой. Покупается много бытовой техники, суммируется мощность и под неё подбирается автомат, который исправно держит нагрузку всех включённых электроприборов.
Вроде всё правильно, но вдруг изоляция проводов начинает выделять характерный запах и дым, появляется пламя, а защита не срабатывает. Это может случиться, если параметры электропроводки не рассчитаны на .
Допустим, поперечное сечение жилы старого кабеля — 1,5мм², с максимально допустимым пределом по току в 19А. Принимаем, что одновременно к нему подключили несколько электроприборов, составляющих суммарную нагрузку 5кВт, что в токовом эквиваленте составляет приблизительно 22,7А, ему соответствует автомат 25А.
Провод будет разогреваться, но данный автомат будет оставаться включённым все время, пока не произойдёт расплавление изоляции, что повлечёт короткое замыкание, а пожар уже может разгораться полным ходом.
Защитить самое слабое звено электропроводки
Поэтому, прежде чем сделать выбор автомата соответственно защищаемой нагрузке, нужно удостовериться, что проводка данную нагрузку выдержит.
Согласно ПУЭ 3.1.4 автомат должен защищать от перегрузок самый слабый участок электрической цепи, или выбираться с номинальным током, соответствующим токам подключаемых электроустановок, что опять же подразумевает их подключение проводниками с требуемым поперечным сечением.
При игнорировании этого правила не стоит нарекать на неправильно рассчитанный автомат и проклинать его производителя, если слабое звено электропроводки вызовет пожар.
Расплавленная изоляция проводов
Расчет номинала автомата
Допускаем, что проводка новая, надёжная, правильно рассчитанная, и соответствует всем требованиям. В этом случае выбор автоматического выключателя сводится к определению подходящего номинала из типичного ряда значений, исходя из расчетного тока нагрузки, который вычисляется по формуле:
где Р – суммарная мощность электроприборов.
Подразумевается активная нагрузка (освещение, электронагревательные элементы, бытовая техника). Такой расчет полностью подходит для домашней электросети в квартире.
Допустим расчет мощности произведён: Р=7,2 кВт. I=P/U=7200/220=32,72 А. Выбираем подходящий автомат на 32А из ряда значений: 1, 2, 3, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100.
Данный номинал немного меньше расчётного, но ведь практически не бывает одновременного включения всех электроприборов в квартире. Также стоит учитывать, что на практике срабатывание автомата начинается со значения в 1,13 раза больше от номинального, из-за его времятоковой характеристики, то есть 32*1,13=36,16А.
Для упрощения выбора защитного автомата существует таблица, где номиналы автоматов соответствуют мощности однофазной и трёхфазной нагрузки:
Таблица выбора автомата по току
Найденный по формуле в вышеприведённом примере номинал наиболее близок по значению мощности, которое указано в выделенной красном ячейке. Также, если вы хотите рассчитать ток для трехфазной сети, при выборе автомата, ознакомьтесь со статьей про
Подбор защитных автоматов для электрических установок (электродвигателей, трансформаторов) с реактивной нагрузкой, как правило, не производится по мощности. Номинал и тип подбирается соответственно рабочему и пусковому току, указанному в паспорте данного устройства.
Для увеличения безопасности, электропроводку в квартире нужно делить на несколько линий. Это отдельные автоматы для освещения, розеток кухни, остальных розеток. Бытовые приборы большой мощности с повышенной опасностью (электроводонагреватели, стиральные машины, электрические плиты), нужно включать через УЗО.
Удобный монтаж автоматов в щитке
УЗО вовремя среагирует на утечку тока и отключит нагрузку. Для правильного выбора автомата важно учесть три основных параметра; — номинальный ток, коммутационную способность отключения тока короткого замыкания и класс автоматов.
Расчетный номинальный ток автомата — это максимальный ток, который рассчитан на длительную работу автомата. При токе выше номинального, происходит отключение контактов автомата. Класс автоматов означает кратковременную величину пускового тока, когда автомат еще не срабатывает.
Пусковой ток многократно превосходит номинальное значение тока. Все классы автоматов имеют разные превышения пускового тока. Всего имеется 3 класса для автоматов различных марок:
— класс В, где пусковой ток может быть больше номинального от 3 до 5 раз;
— класс С имеет превышение тока номинала в 5 — 10 крат;
— класс D с возможным превышением тока номинального значения от 10 до 50 раз.
Маркировка автоматического выключателя
В домах, квартирах используют класс С. Коммутационная способность определяет величину тока короткого замыкания при мгновенном отключении автомата. У нас используются автоматы с коммутационной способностью 4500 ампер, зарубежные автоматы имеет ток к. з. 6000 ампер. Можно использовать оба типа автоматов, российские и зарубежные.
Расчет автоматического выключателя
Выбирать автоматы можно с расчетом по току нагрузки или сечению электропроводки.
Расчет автомата по току
Подсчитываем всю мощность нагрузок на автомат. Плюсуем мощности всех потребителей электричества, и по следующей формуле:
получаем расчетный ток автомата.
P- суммарная мощность всех потребителей электричества
U – напряжение сети
Округляем расчетную величину полученного тока в большую сторону.
Расчет автомата по сечению электропроводки
Чтобы выбрать автомат можно воспользоваться таблицей 1. Выбранный по сечению электропроводки ток, уменьшают до нижней величины тока автомата, для снижения нагрузки электропроводки.
Выбор номинального тока по сечению кабеля. Таблица №1
Для розеток автоматы берут на ток 16 ампер, так как розетки рассчитаны на ток 16 ампер, для освещения оптимальный вариант автомата 10 ампер. Если вы не знаете сечение электропроводки, тогда его нетрудно рассчитать по формуле:
S – сечение провода в мм²
D – диаметр провода без изоляции в мм
Второй метод расчета автоматического выключателя является более предпочтительным, так как он защищает схему электропроводки в помещении.
На приведенном упрощенном графике, по горизонтальной шкале указаны номиналы тока автоматов, по вертикальной шкале, значение активной мощности при однофазном питании 220 Вольтрассчет для напряжение 380 Вольт и/или трехфазного питания будет значительно отличаться и приведенный график для других, кроме 220 Вольт и однофазное электропитание, мощностей недействителен. . Для выбора подходящего для выбранной рассчетной мощности автомата, достаточно провести горизонталь от выбранной слева мощности до пересечения с зеленым столбиком, посмотрев в основание которого можно выбрать номинал автомата для указанной мощности. Нужную время токовую характеристику и количество полюсов можно выбрать, перейдя по картинке на таблицу выбора автоматов кривой C, как наиболее универсальной и часто применяемой характеристики.
Таблица выбора автоматов по мощности
Расширенная таблица выбора автоматов по мощности, включая трехфазное подключение звездой и треугольником позволяет подобрать соответствующий потребляемой мощности автоматический выключатель. Для работы с таблицей, то есть для выбора автомата, соответствующей мощности, достаточно, зная эту мощность , выбрать в таблице значение большее или равное этой мощности значение. В левой крайней колонке вы увидете номинальный ток автомата, соответствующего выбранной мощности. Вверху, над выбранной мощностью, вы увидете тип подключения автомата, количество полюсов и использумое напряжение. В случае, если выбранной мощности соответствуют несколько значений мощности в таблиценапример мощность 6,5 кВт может быть получена однофазным подключением автомата 32А, подключением трехполюсного автомата 6А трехфазным треузольником и подключением четырехполюсного автомата 10А трехфазной звездой , следует выбрать доступный вам способ подключения. То есть выбирая автомат для мощности 6,5 кВт при отсутствии трехфазного электропитания, нужно выбирать только из однофазного подключения, где будут доступны однополюсный и двухполюсный автомат 32А. Переход по ссылке в таблице для определенной, соответствующей возможностям подключения, мощности осуществляется на соответствующий по номинальному току и количеству полюсов автоматический выключатель с время токовой характеристикой C. В том случае, если нужна друга характеристика отсечки, можно выбрать автомат другой характеристики, ссылки на которые находятся на странице каждого автомата.Выбор автоматов по мощности и подключению
| Вид подключения => | ОднофазноеОднофазное вводный |
Трехфазное треугольником |
Трехфазное звездой |
||
| Полюсность автомата => | Однополюсный автомат |
Двухполюсный автомат |
Трехполюсный автомат |
Четырехполюсный автомат |
|
| Напряжение питания => | 220 Вольт | 220 Вольт | 380 Вольт | 220 Вольт | |
| V | V | V | V | ||
| Автомат 1А > | 0.2 кВт | 0.2 кВт | 1.1 кВт | 0.7 кВт | |
| Автомат 2А > | 0.4 кВт | 0.4 кВт | 2.3 кВт | 1.3 кВт | |
| Автомат 3А > | 0.7 кВт | 0.7 кВт | 3.4 кВт | 2.0 кВт | |
| Автомат 6А > | 1.3 кВт | 1.3 кВт | 6.8 кВт | 4.0 кВт | |
| Автомат 10А > | 2.2 кВт | 2.2 кВт | 11.4 кВт | 6.6 кВт | |
| Автомат 16А > | 3.5 кВт | 3.5 кВт | 18.2 кВт | 10.6 кВт | |
| Автомат 20А > | 4.4 кВт | 4.4 кВт | 22.8 кВт | 13.2 кВт | |
| Автомат 25А > | 5.5 кВт | 5.5 кВт | 28.5 кВт | 16.5 кВт | |
| Автомат 32А > | 7.0 кВт | 7.0 кВт | 36.5 кВт | 21.1 кВт | |
| Автомат 40А > | 8.8 кВт | 8.8 кВт | 45.6 кВт | 26.4 кВт | |
| Автомат 50А > | 11 кВт | 11 кВт | 57 кВт | 33 кВт | |
| Автомат 63А > | 13.9 кВт | 13.9 кВт | 71.8 кВт | 41.6 кВт | |
Пример подбора автомата по мощности
Одним из способов выбора автоматического выключателя, является выбор автомата по мощности нагрузки. Первым шагом, при выборе автомата по мощности , определяется суммарная мощность подключаемых на постоянной основе к защищаемой автоматом проводке/сети нагрузок. Полученная суммарная мощность увеличивается на коэффициент потребления, определяющий возможное временное превышение потребляемой мощности за счет подключения других, первоначально неучтенных электроприборов.Как пример можно привести кухонную электропроводку, рассчитанную на подключение электрочайника (1,5кВт), микроволновки (1кВт), холодильника (500 Ватт) и вытяжки (100 ватт). Суммарная потребляемая мощность составит 3,1 кВт. Для защиты такой цепи можно применить автомат 16А с номинальной мощностью 3,5кВт. Теперь представим, что на кухню поставили кофемашину (1,5 кВт) и подключили к этой же электропроводке. Суммарная мощность снимаемая с проводки при подключении всех указанных электроприборов в этом случае составит 4,6кВт, что больше мощности 16 Амперного автовыключателя, который, при включении всех приборов просто отключится по превышению мощности и оставит все приборы без электропитания, Включая холодильник. Для снижения вероятности возникновения таких ситуаций и применяется повышающий коэффициент потребления. В нашем случае, при подключении кофемашины мощность увеличилась на 1,5кВт, а коэффициент потребления стал 1,48 (округляем до 1,5). То есть для возможности подключения дополнительного прибора мощностью 1,5кВт рассчетную мощность сети надо умножить на коэффициент 1,5 получив 4,65кВт возможной к получению с проводки мощности.
При выборе автомата по мощности возможно так же применение понижающего коэффициента потребления. Этот коэффициент определяет отличие потребляемой мощности, в сторону снижения, от суммарной рассчетной в связи с неиспользованием одновременно всех, заложенных в рассчет электроприборов. В ранее рассмотренном примере кухонной проводки с мощностью 3,1кВт, понижающий коэффициент будет равен 1, так как чайник, микроволновка, холодильник и вытяжка могут быть включены одновременно, а в случае рассмотрения проводки с мощностью 4,6кВт (включая кофемашину), понижающий коэффициент может быть равен 0,67, если одновременное включение электрочайника и кофемашины невозможно (например, всего одна розетка на оба прибора и в доме нет тройников)
Таким образом, при первом шаге определяется рассчетная мощность защищаемой проводки, и определяются повышающий (увеличение мощности при подключении новых электроприборов) и понижающий (невозможность одновременного подключения некоторых электроприборов) коэффициенты. Для выбора автомата предпочтительно использовать мощность, полученную умножением повышающего коэффициента на рассчетную мощность, при этом естественно учитывая возможности электропроводки (сечение провода должно быть достаточным для передачи такой мощности).
Номинальная мощность автомата
Номинальная мощность автомата, то есть мощность, потребление которой в защищаемой автоматическим выключателем проводке не приведет к отключению автомата рассчитывается в общем случае по формуле , что можно описать фразой => "Мощность = Напряжение умноженное на Силу тока умноженное на косинус Фи", где напряжение это переменное напряжение электросети в Вольтах, сила тока это ток, протекающий через автомат в Амперах и косинус фи - это значение тригонометрической функции Косинус для угла фи (угол фи - это угол сдвига между фазами напряжения и тока). Так как в большинстве случаев выбор автомата по мощности производится для бытового применения, где сдвига между фазами тока и напряжения, вызываемого реактивными нагрузками типа электродвигателей, практически нет, то косинус близок 1 и мощность можно приближенно рассчитать как напряжение умноженное на ток.Так как мощность уже определена, то из формулы мы получаем ток, а именно ток, который соответствует рассчетной мощности путем деления мощности в Ваттах на напряжение сети, то есть на 220 Вольт. В наше примере с мощностью 3,1кВт (3100 Ватт) получается ток равный 14 Ампер (3100Ватт/220Вольт = 14,09 Ампер). Это значит, что при подключении всех указанных приборов с суммой мощности 3,1кВт через автомат защиты будет протекать ток примерно равный 14-и Амперам.
После определения силы тока по потребляемой мощности, следующим шагом в выборе автоматического выключателя является выбор автомата по току
Для выбора автомата по мощности трехфазной нагрузки применяется та же самая формула, с учетом того, что сдвиг между фазами напряжения и тока в трехфазной нагрузке может достигать больших значений и соответственно, необходимо учитывать значение косинуса. В большом количестве случаев, трехфазная нагрузка имеет маркировку указывающую значение косинуса сдвига фаз, например на маркировочной табличке электродвигателя можно увидеть , являющимся именно тем, участвующем в рассчете косинусом угла сдвига фаз. Соответственно, при рассчете трехфазной нагрузки мощность, допустим указанная на шильдике подключаемого трехфазного, на 380 Вольт, электродвигателя мощность равна 7кВт, ток рассчитывается как 7000/380/0,6=30,07
Полученный ток, является суммой токов по всем трем фазам, то есть на одну фазу (на один полюс автомата) приходится 30,07/3~10 Ампер, что соответсвует выбору трехполюсного автомата D10 3P . Характеристика D в данном примере выбрана в связи с тем, что при пуске электродвигателя, пока раскручивается ротор двигателя, токи значительно превышают номинальные значения, что может привести с выключению автоматического выключателя с характеристикой B и характеристикой C .