Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Пристрої для відключення електрики при перевантаженнях і коротких замиканнях встановлюють на вході в будь-яку домашню мережу. Необхідно правильно розрахувати номінали автоматичних вимикачів по току, інакше їх робота буде неефективною. Чи згодні?

Ми розповімо, як проводиться розрахунок параметрів автомата, згідно з якими підбирають це захисний пристрій. З запропонованої нами статті ви дізнаєтеся, як вибрати прилад, що потребується для захисту електромережі. З урахуванням наших порад ви придбаєте варіант, чітко спрацьовує в небезпечний для проводки момент.

Параметри автоматичних вимикачів

Для забезпечення правильного вибору номіналу пристроїв відключення необхідне розуміння принципів їх роботи, умов і часу спрацьовування.

Робочі параметри автоматичних вимикачів стандартизовані російськими і міжнародними нормативними документами.

Основні елементи та маркування

У конструкцію вимикача входять два елементи, які реагують на перевищення силою струму встановленого діапазону значень:

  • Біметалічна пластина під впливом проходить струму нагрівається і, вигинаючись, натискає на штовхач, який роз'єднує контакти. Це "тепловий захист" від перевантаження.
  • Соленоїд під впливом сильного струму в обмотці генерує магнітне поле, яке тисне сердечник, а той вже впливає на штовхач. Це "струмовий захист" від короткого замикання, яка реагує на таку подію значно швидше, ніж пластина.

Типи пристроїв електричного захисту мають маркуванням, за якою можна визначити їх основні параметри.

На кожному автоматичному вимикачі позначені його основні характеристики. Це дозволяє не переплутати пристрою, коли вони встановлені в щитку

Тип времятоковой характеристики залежить від діапазону уставки (величини сили струму при якій відбувається спрацьовування) соленоїда. Для захисту проводки і приладів в квартирах, будинках і офісах використовують вимикачі типу "C" або, значно менш поширені - "B". Особливою різниці між ними при побутовому застосуванні немає.

Тип "D" використовують в підсобних приміщеннях або столярка при наявності обладнання з електродвигунами, які мають великі показники пусковий потужності.

Існує два стандарти для пристроїв відключення: житловий (EN 60898-1 або ГОСТ Р 50345) і більш строгий промисловий (EN 60947-2 або ГОСТ Р 50030.2). Вони відрізняються незначно і автомати обох стандартів можна використовувати для житлових приміщень.

За номінальному струму стандартний ряд автоматів для використання в побутових умовах містить прилади з наступними значеннями: 6, 8, 10, 13 (рідко зустрічається), 16, 20, 25, 32, 40, 50 і 63 A.

Час-струмові характеристики спрацьовування

Для того щоб визначити швидкість спрацьовування автомата при перевантаженні існують спеціальні таблиці залежності часу відключення від коефіцієнта перевищення номіналу, який дорівнює відношенню існуючої сили струму до номінальної:

K = I / I n.

Різкий обрив вниз графіка при досягненні значення коефіцієнта діапазону від 5 до 10 одиниць, обумовлений спрацьовуванням електромагнітного розчеплювача. Для вимикачів типу "B" це відбувається при значенні від 3 до 5 одиниць, а для типу "D" - від 10 до 20.

Графік показує залежність діапазону часу спрацьовування автоматів типу "C" від відносини сили струму до значення, яке встановлено для цього вимикача

При K = 1, 13 автомат гарантовано не відключить лінію протягом 1 години, а при K = 1, 45 - гарантовано відключить за цей же час. Ці величини затверджені в п. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010.

Щоб зрозуміти, за який час спрацює захист, наприклад, при K = 2, необхідно провести вертикальну лінію від цього значення. В результаті отримаємо, що згідно з наведеним графіком, відключення відбудеться в діапазоні від 12 до 100 секунд.

Настільки великий розкид часу обумовлений тим, що нагрівання пластини залежить не тільки від потужності проходить через неї струму, але і параметрів зовнішнього середовища. Чим вище температура, тим швидше спрацьовує автомат.

Правила вибору номіналу

Геометрія внутрішньоквартирних і будинкових електричних мереж індивідуальна, тому типових рішень по установці вимикачів певного номіналу не існує. Загальні правила розрахунку допустимих параметрів автоматів досить складні і залежать від багатьох факторів. Необхідно врахувати їх все, інакше можливе створення аварійної ситуації.

Принцип пристрою внутрішньо розводки

Внутрішні електричні мережі мають розгалужену структуру у вигляді "дерева" - графа без циклів. Дотримання такого принципу побудови називається селективність автоматів, згідно з якою оснащуються захисними пристроями всі види електричних ланцюгів.

Це покращує стійкість системи при виникненні аварійної ситуації і спрощує роботи по її усуненню. Також набагато легше відбувається розподіл навантаження, підключення енергоємних приладів і зміна конфігурації проводки.

У підстави графа знаходиться вступної автомат, а відразу після розгалуження для кожної окремої електричного кола розміщують групові вимикачі. Це перевірена роками стандартна схема

У функції вступного автомата входить контроль загальної перевантаження - недопущення перевищення силою струму дозволеного значення для об'єкта. Якщо це станеться, то існує ризик пошкодження зовнішньої проводки. Крім того, ймовірно спрацьовування захисних пристроїв за межами квартири, які вже відноситься до загальдомовий власності або належить місцевим енергомереж.

У функції групових автоматів входить контроль сили струму по окремих лініях. Вони захищають від перевантаження кабель на виділеній ділянці і підключену до нього групу споживачів електроенергії. Якщо при короткому замиканні такий пристрій не спрацьовує, то його страхує вступної автомат.

Навіть для квартир з невеликою кількістю електроспоживачів бажано виконати окрему лінію на освітлення. При відключенні автомата інший ланцюга, світло не згасне, що дозволить в більш комфортних умовах усунути виниклу проблему. Практично в кожному щитку значення номіналу вступного автомата менше ніж сума на групових.

Сумарна потужність електроприладів

Максимальне навантаження на ланцюг виникає при одночасному включенні всіх електроприладів. Тому зазвичай, сумарну потужність обчислюють простим додаванням. Однак в ряді випадків цей показник буде менше.

Для деяких ліній, одночасна робота всіх підключених до неї електроприладів малоймовірна, а часом і неможлива. У будинках іноді спеціально встановлюють обмеження на роботу потужних пристроїв. Для цього потрібно пам'ятати про недопущення їх одночасного включення або використовувати обмежене число розеток.

Імовірність одночасної роботи всієї офісної оргтехніки, освітлення і допоміжного обладнання (чайники, холодильники, вентилятори, обігрівачі тощо) дуже низька, тому при розрахунку максимальної потужності використовують поправочний коефіцієнт

При електрифікації офісних будівель для розрахунків часто використовують емпіричний коефіцієнт одночасності, значення якого беруть в діапазоні від 0, 6 до 0, 8. Максимальне навантаження обчислюється множенням суми потужностей всіх електроприладів на коефіцієнт.

У розрахунках існує одна тонкість - необхідно враховувати різницю між номінальною (повної) потужністю і споживаної (активної), які пов'язані коефіцієнтом (cos (f)).

Це означає, що для роботи пристрою необхідний струм потужності рівній споживаної поділеній на цей коефіцієнт:

I p = I / cos (f)

де:

  • I p - сила номінального струму, яку застосовують в розрахунках навантаження;
  • I - сила споживаного приладом струму;
  • cos (f) <= 1.

Зазвичай номінальний струм відразу або через вказівку величини cos (f) вказують у технічному паспорті електричного приладу.

Так, наприклад, значення коефіцієнта для люмінесцентних джерел світла одно 0, 9; для LED-ламп - близько 0, 6; для звичайних ламп розжарювання - 1. Якщо документація загублена, але відома споживана потужність побутових пристроїв, то для гарантії беруть cos (f) = 0, 75.

Зазначені в таблиці рекомендовані значення коефіцієнта потужності можна використовувати при розрахунку електричних навантажень, коли відсутні дані про номінальному струмі

Про те, як підібрати автоматичний вимикач по потужності навантаження, написано в наступній статті, з вмістом якої ми радимо ознайомитися.

Вибір перетину жил

Перш ніж прокладати силовий кабель від розподільного щитка до групи споживачів, необхідно обчислити потужність електроприладів при їх одночасній роботі. Перетин будь-якої гілки вибирають за таблицями розрахунку в залежності від типу металу проводки: міді або алюмінію.

Виробники проводів супроводжують свою продукцію подібними довідковими матеріалами. Якщо вони відсутні, то орієнтуються на дані з довідника "Правила будови електроустаткування" або виробляють розрахунок перетину кабелю.

Однак часто споживачі перестраховуються і вибирають не мінімально допустимий переріз, а на крок більше. Так, наприклад, при покупці мідного кабелю для лінії 5 кВт, вибирають перетин жив 6 мм 2, коли по таблиці досить значення 4 мм 2.

Довідкова таблиця, представлена в ПУЕ, дозволяє вибрати необхідний перетин з стандартного ряду для різних умов експлуатації мідного кабелю

Це буває виправдано з наступних причин:

  • Більш тривала експлуатація товстого кабелю, який рідко піддається гранично допустимої для його перетину навантаженні. Заново виконувати прокладку електропроводки - непроста і дорога робота, особливо якщо в приміщенні зроблений ремонт.
  • Запас пропускної здатності дозволяє безпроблемно підключати до гілки мережі нові електроприлади. Так, в кухню можна додати додаткову морозильну камеру або перемістити туди пральну машину з ванної кімнати.
  • Початок роботи пристроїв, що містять електродвигуни, дає сильні стартові струми. У цьому випадку спостерігається просадка напруги, яка виражається не тільки в мерехтінні ламп освітлення, але і може привести до поломки електронної частини комп'ютера, кондиціонера або пральної машини. Чим товщі кабель, тим менше буде стрибок напруги.

На жаль, на ринку багато кабелів, виконаних не по ГОСТу, а згідно з вимогами різних ТУ.

Часто перетин їх жив не відповідає вимогам або вони виконані з струмопровідного матеріалу з великим опором, ніж належить. Тому реальна гранична потужність, при якій відбувається допустимий нагрів кабелю, буває менше ніж в нормативних таблицях.

Ця фотографія показує відмінності між кабелями, виконаними по ГОСТ (зліва) і відповідно до ТУ (праворуч). Очевидна різниця в перетині жив і щільності прилягання ізоляційного матеріалу

Розрахунок номіналу вимикача для захисту кабелю

Встановлюваний в щитку автомат повинен забезпечити відключення лінії при виході потужності струму за межі діапазону, дозволеного для електричного кабелю. Тому для вимикача необхідно провести розрахунок максимально допустимого номіналу.

За ПУЕ допустиму тривалу навантаження прокладених в коробах або по повітрю (наприклад, над натяжною стелею) мідних кабелів, беруть з наведеної вище таблиці. Ці значення призначені для аварійних випадків, коли йде перевантаження по потужності.

Деякі проблеми починаються при співвіднесенні номінальної потужності вимикача тривалого допустимого струму, якщо це робити відповідно до чинного ГОСТ Р 50571.4.43-2012.

Наведено фрагмент п. 433.1 ГОСТ Р 50571.4.43-2012. У формулі "2" допущена неточність, а для правильного розуміння визначення змінної In потрібно врахувати Додаток "1"

По-перше, в оману вводить розшифровка змінної I n, як номінальної потужності, якщо не звернути уваги на Додаток "1" до цього пункту ГОСТу. По-друге, у формулі "2" існує помилка: коефіцієнт 1, 45 доданий неправильно і цей факт констатують багато фахівців.

Згідно п. 8.6.2.1. ГОСТ Р 50345-2010 для побутових вимикачів з номіналом до 63 A умовний час дорівнює 1 годині. Встановлений струм розчеплення дорівнює значенню номіналу, помноженого на коефіцієнт 1, 45.

Таким чином, згідно з і першої і зміненої другий формулами номінальна сила струму вимикача повинна розраховуватися за такою формулою:

I n <= I Z / 1, 45

де:

  • I n - номінальний струм автомата;
  • I Z - тривалий допустимий струм кабелю.

Проведемо розрахунок номіналів вимикачів для стандартних перетинів кабелів при однофазному підключенні з двома мідними жилами (220 В). Для цього розділимо тривалий допустимий струм (при прокладанні по повітрю) на коефіцієнт розчеплення 1, 45.

Виберемо автомат таким чином, щоб його номінал був менше цього значення:

  • Перетин 1, 5 мм 2: 19 / 1, 45 = 13, 1. Номінал: 13 A;
  • Перетин 2, 5 мм 2: 27 / 1, 45 = 18, 6. Номінал: 16 A;
  • Перетин 4, 0 мм 2: 38 / 1, 45 = 26, 2. Номінал: 25 A;
  • Перетин 6, 0 мм 2: 50 / 1, 45 = 34, 5. Номінал: 32 A;
  • Перетин 10, 0 мм 2: 70 / 1, 45 = 48, 3. Номінал: 40 A;
  • Перетин 16, 0 мм 2: 90 / 1, 45 = 62, 1. Номінал: 50 A;
  • Перетин 25, 0 мм 2: 115 / 1, 45 = 79, 3. Номінал: 63 A.

Автоматичні вимикачі на 13A в продажу бувають рідко, тому замість них частіше використовують пристрої з номінальною потужністю 10A.

Кабелі на основі алюмінієвих жив зараз рідко використовують при монтажі внутрішньої проводки. Для них теж є таблиця, що дозволяє вибрати перетин по навантаженню

Подібним способом для алюмінієвих кабелів розрахуємо номінали автоматів:

  • Перетин 2, 5 мм 2: 21 / 1, 45 = 14, 5. Номінал: 10 або 13 A;
  • Перетин 4, 0 мм 2: 29 / 1, 45 = 20, 0. Номінал: 16 або 20 A;
  • Перетин 6, 0 мм 2: 38 / 1, 45 = 26, 2. Номінал: 25 A;
  • Перетин 10, 0 мм 2: 55 / 1, 45 = 37, 9. Номінал: 32 A;
  • Перетин 16, 0 мм 2: 70 / 1, 45 = 48, 3. Номінал: 40 A;
  • Перетин 25, 0 мм 2: 90 / 1, 45 = 62, 1. Номінал: 50 A.
  • Перетин 35, 0 мм 2: 105 / 1, 45 = 72, 4. Номінал: 63 A.

Якщо виробник силових кабелів заявляє іншу залежність допустимої потужності від площі перетину, то необхідно перерахувати значення для вимикачів.

Формули залежності сили струму від потужності для однофазної і трифазної мережі відрізняються. Багато людей, які мають прилади, розраховані на напруги 380 Вольт, на цьому етапі припускаються помилки

Як визначити технічні параметри автоматичного вимикача за маркуванням, докладно викладено тут. Пропонуємо Вам ознайомитися з пізнавальним матеріалом.

Попередження перевантаження від роботи споживачів

Іноді на лінію встановлюють автомат з номінальною потужністю значно нижчою, ніж необхідно для гарантованого збереження працездатності електричного кабелю.

Знижувати номінал вимикача доцільно, якщо сумарна потужність всіх пристроїв у ланцюзі значно менше, ніж здатний витримати кабель. Це відбувається, якщо виходити з міркувань безпеки, коли вже після монтажу проводки частина приладів була видалена з лінії.

Тоді зменшення номінальної потужності автомата виправдано з позиції його більш швидкого реагування на виникаючі перевантаження.

Наприклад, при заклинювання підшипника електродвигуна, струм в обмотці різко збільшується, але не до значень короткого замикання. Якщо автомат зреагує швидко, то обмотка не встигне оплавитися, що врятує двигун від дорогої процедури перемотування.

Також використовують номінал менше розрахункового з причин жорстких обмежень на кожну ланцюг. Наприклад, для однофазної мережі на вході в квартиру з електроплитою встановлений вимикач 32 A, що дає 32 * 1, 13 * 220 = 8, 0 кВт допустимої потужності. Нехай при виконанні розводки по квартирі були організовані 3 лінії з установкою групових автоматів номіналу 25 A.

Якщо кількість встановлених в розподільний щит групових автоматів велике, то їх необхідно підписати і пронумерувати. Інакше можна заплутатися

Припустимо, що на одній з ліній відбувається повільне зростання навантаження. Коли споживана потужність досягне значення рівного гарантованого відчеплення групового вимикача, на інші дві ділянки залишиться тільки (32 - 25) * 1, 45 * 220 = 2, 2 кВт.

Це дуже мало щодо загального споживання. При такій схемі розподільного щитка вхідний автомат буде частіше відключатися, ніж пристрої на лініях.

Тому щоб зберегти принцип селективності, потрібно поставити на ділянки вимикачі номіналом в 20 або 16 ампер. Тоді при такому ж перекосе споживаної потужності на інші дві ланки припадатиме сумарно 3, 8 або 5, 1 кВт, що прийнятно.

Розглянемо можливість установки вимикача з номіналом 20A на прикладі виділеної для кухні окремої лінії.

До неї під'єднані і можуть бути одночасно включені наступні електроприлади:

  • Холодильник, номінальною потужністю 400 Вт і стартовим струмом в 1, 2 кВт;
  • Дві морозильні камери, потужністю 200 Вт;
  • Духовка, потужністю 3, 5 кВт;
  • При роботі електричної духовки дозволено додатково включити тільки один прилад, самі найпотужніший з яких - електрочайник, що споживає 2, 0 кВт.

Двадцатіамперний автомат дозволяє більш години пропускати струм з потужністю 20 * 220 * 1, 13 = 5, 0 кВт. Гарантоване відключення менше ніж за одну годину відбудеться під час пропуску струму в 20 * 220 * 1, 45 = 6, 4 кВт.

На кухні постійне підключення до електрики має бути у холодильного обладнання та плити. Якщо існує ризик перевищення сили струму, то одночасну роботу інших пристроїв можна виключити, виділивши для них всього дві розетки

При одночасному включенні духовки і електрочайника сумарна потужність складе 5, 5 кВт або 1, 25 частини від номіналу автомата. Так як чайник працює недовго, то відключення не відбудеться. Якщо в цей момент включаться в роботу холодильник і обидві морозильні камери, то потужність складе вже 6, 3 кВт або 1, 43 частини номіналу.

Це значення вже близько до параметру гарантованого розчеплення. Однак імовірність виникнення такої ситуації вкрай мала і тривалість періоду буде незначна, так як час роботи моторів і чайника невелика.

Виникає при запуску холодильника стартового струму, навіть в сумі з усіма працюючими пристроями, буде недостатньо для спрацьовування електромагнітного розчеплювача. Таким чином, в заданих умовах можна використовувати автомат на 20 A.

Єдиний нюанс полягає в можливості збільшення напруги до 230 В, що дозволено нормативними документами. Зокрема ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038: 2009) визначає стандартну напругу рівним 230 В з можливістю використання 220 В.

Зараз в більшість мереж електрику подають напругу 220 В. Якщо ж параметр струму приведений до міжнародного стандарту 230 В, то можна перерахувати номінали відповідно до цього значенням.

Висновки і корисне відео по темі

Пристрій вимикача. Вибір вступного автомата в залежності від потужності, що підключається. Правила розподілу харчування:

Вибір вимикача по пропускній здатності кабелю:

Розрахунок номінального струму вимикача - складне завдання, для вирішення якої необхідно врахувати безліч умов. Від встановленого автомата залежить зручність обслуговування і безпеку роботи локальної електромережі.

У разі виникнення сумнівів у можливості зробити правильний вибір необхідно звернутися до досвідчених електриків.

Пишіть, будь ласка, коментарі в розташованому нижче блоці. Розкажіть про власний досвід в підборі автоматичних вимикачів. Поділіться корисною інформацією та фото по темі статті, задавайте питання.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Електрик