Избор на автомат по мощност на натоварване, сечение на кабела и по ток: принципи и формули за изчисления

За организиране на безотказно действащо вътрешно домакинско електроснабдяване е необходимо да се обособят отделни клонове. Всяка линия трябва да се оборудва със собствено защитно устройство, което предпазва изолацията на кабела от разтопяване. Обаче не всички знаят кое устройство да закупят. Съгласни ли сте?

Всичко за избора на автомати по мощност на натоварване ще научите от представената от нас статия. Ние ще разкажем как да определите номинал за търсене на прекъсвач от необходим клас. Отчитането на нашите препоръки гарантира закупуване на необходимите устройства, способни да изключат застрашителни ситуации при експлоатация на окабеляването.

Автоматични прекъсвачи за битови мрежи

Електроснабдителните организации осъществяват захранване на домове и апартаменти, като извършват работи по прокарване на кабел до разпределителното табло. Всички дейности по монтажа на окабеляването в помещението се извършват от неговите собственици или наети специалисти.

За да изберем автомат за защита на всяка отделна верига е необходимо да знаем неговия номинал, клас и някои други характеристики.

Основни параметри и класификация

Битовите автомати се монтират на входа на нисковолтова електрическа верига и са предназначени за решаване на следните задачи:

• ръчно или електронно включване или изключване на електрическата верига;
• защита на веригата: изключване на тока при незначително продължително претоварване;
• защита на веригата: мигновено изключване на тока при късо съединение.

Всеки прекъсвач има характеристика, изразена в ампери, която се нарича номинална сила на тока (I_n) или “номинал”.

Същността на тази стойност е по-лесна за разбиране, като се използва коефициент на превишение на номинала:

K = I / I_n,

където I – реална сила на тока.

• K < 1.13: изключване (разединяване) няма да настъпи в рамките на 1 час;
• K > 1.45: изключване ще настъпи в рамките на 1 час.

Тези параметри са фиксирани в т. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010. За да разберете за колко време ще настъпи изключване при K>1.45 трябва да използвате графика, отразяващ време-токовата характеристика на конкретния модел автомат.

При продължително превишаване на тока със стойност двойно над номинала на прекъсвача, разтварянето ще настъпи за период от 8 секунди до 4 минути. Скоростта на задействане зависи от настройката на модела и температурата на средата.

Също така за всеки тип автоматичен прекъсвач е определен диапазон на тока (I_a), при който задейства механизмът за моментално разединяване:

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

Устройствата от тип “B” се прилагат основно за линии, които имат значителна дължина. В жилищни и офисни помещения се използват автомати от клас “С”, а приборите с маркировка “D” защитават вериги, в които има оборудване с голям пусков коефициент на тока.

Стандартната гама от битови автомати включва устройства с номинали от 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.

Конструктивно устройство на разединителите

В съвременния автоматичен прекъсвач присъстват два вида разединители: топлинен и електромагнитен.

Биметалният разединител има форма на пластина, създадена от два токопроводящи метала с различно топлинно разширение. Такава конструкция при продължително превишаване на номинала води до нагряване на детайла, неговото огъване и задействане на механизма за разтваряне на веригата.

При някои автомати с помощта на регулировъчен винт могат да се променят параметрите на тока, при които става изключването. Преди този похват често се прилагаше за “точна” настройка на устройството, но тази процедура изисква задълбочени специализирани знания и провеждане на няколко теста.

Чрез въртене на регулировъчния винт (отбелязан с червен правоъгълник) обратно на часовниковата стрелка може да се постигне по-голямо време на задействане на топлинния разединител

В момента на пазара могат да се намерят множество модели със стандартни номинали от различни производители, чиито времетокови характеристики се различават леко (но въпреки това отговарят на нормативните изисквания). Затова има възможност да се подбере автомат с нужните “заводски” настройки, което изключва риска от неправилна калибровка.

Електромагнитният разединител предотвратява прегряване на линията в резултат на късо съединение. Той реагира практически моментално, но при това стойността на силата на тока трябва многократно да надвишава номинала. Конструктивно тази част представлява соленоид. Свръхтокът генерира магнитно поле, което измества сърцевината, разтваряща веригата.

Спазване на принципите на селективност

При наличието на разклонена електрическа верига може да се организира защитата по такъв начин, че при късо съединение да се изключи само този клон, на който е възникнала аварийната ситуация. За това се прилага принципът на селективност на прекъсвачите.

Илюстративна схема, показваща принципа на работа на системата от автоматични прекъсвачи с реализирана функция на селективност (избирателност) на задействане при възникване на късо съединение.

За осигуряване на избирателно изключване на долните стъпала се инсталират автомати с моментно отсичане, които разтварят веригата за 0.02 – 0.2 секунди. Прекъсвачът, разположен на горното стъпало, или има забавяне на задействане от 0.25 – 0.6 с, или е изпълнен по специална “селективна” схема в съответствие със стандарт DIN VDE 0641-21.

За гарантирано осигуряване на селективната работа на автоматите е по-добре да се използват автомати от един производител. За прекъсвачите от единен моделен ред съществуват таблици на селективност, които посочват възможните комбинации.

Най-прости правила за монтаж

Участъкът от веригата, който трябва да се защити от прекъсвача, може да бъде едно- или трифазен, да има нулев проводник, както и PE проводник (“земя”). Затова автоматите имат от 1 до 4 полюса, към които се подвежда токопроводяща жила. При създаване на условия за разединяване се извършва едновременно изключване на всички контакти.

Автоматите в таблото се закрепват на специално предназначена за това DIN-шина. Тя осигурява компактност и безопасност на свързването, както и удобен достъп до прекъсвача.

Автоматите се инсталират по следния начин:

• еднополюсни на фаза;
• двуполюсни на фаза и нула;
• триполюсни на 3 фази;
• четириполюсни на 3 фази и нула.

При това е забранено да се прави следното:

• да се инсталират еднополюсни автомати на нула;
• да се вкарва в автомата PE проводник;
• да се инсталират вместо един триполюсен автомат три еднополюсни, ако във веригата е включен поне един трифазен консуматор.

Всички тези изисквания са описани в ПУЕ и трябва да се спазват.

Във всеки дом или помещение, към което е проведено електричество, се инсталира входящ автомат. Неговият номинал се определя от доставчика и тази стойност е записана в договора за присъединяване на електроенергия. Предназначението на такъв прекъсвач е защита на участъка от трансформатора до консуматора.

След входящия автомат към линията се свързва електромер (едно- или трифазен) и устройство за защитно изключване, чиито функции се различават от работата на автоматичния и диференциалния прекъсвач.

Ако в помещението е направено окабеляване за няколко клона, то всеки от тях се защитава с отделен автомат, чиято мощност е посочена в маркировката. Техните номинали и класове се определят от собственика на помещението, като се взема предвид съществуващото окабеляване или мощността на включените уреди.

Електромерът и автоматичните прекъсвачи се монтират в разпределително табло, което отговаря на всички изисквания за безопасност и може лесно да се впише в интериора на помещението.

При избора на място за разполагане на разпределителното табло трябва да се помни, че върху свойствата на топлинния разединител влияе температурата на въздуха. Ето защо е желателно да се разполага шината с автоматите вътре в самото помещение.

Изчисляване на необходимия номинал

Основната защитна функция на автоматичния прекъсвач се отнася до окабеляването, затова изборът на номинал се извършва според сечението на кабела. При това цялата верига трябва да осигури нормалната работа на включените към нея уреди. Изчисляването на параметрите на системата не е сложно, но трябва да се вземат предвид много нюанси, за да се избегнат грешки и възникване на проблеми.

Определяне на общата мощност на консуматорите

Един от основните параметри на електрическия кръг е максималната възможна мощност на включените към него консуматори на електроенергия. При изчисляването на този показател не може просто да се сумират паспортните данни на уредите.

Активна и номинална компонента

За всеки уред, работещ с електричество, производителят е длъжен да посочи активната мощност (P). Тази величина определя количеството енергия, което ще бъде необратимо преобразувано в резултат на работата на апарата и за което потребителят ще плаща според електромера.

Но за уредите с наличие на кондензатори или индуктивна намотка има още една мощност с ненулева стойност, която се нарича реактивна (Q). Тя достига до устройството и практически моментално се връща обратно.

Реактивната компонента не участва при отчитането на използваната електроенергия, но заедно с активната формира така наречената “пълна” или “номинална” мощност (S), която дава натоварване на веригата.

cos(f) – параметър, чрез който може да се определи пълната (номиналната мощност) по активната (консумираната). Ако той не е равен на единица, то се посочва в техническата документация към електроуреда.

Приносът на отделно устройство в общото натоварване на токопроводящите жила и автомата трябва да се изчислява по неговата пълна мощност: S = P / cos(f).

Повишени стартови токове

Следваща особеност на някои видове битова техника е наличието на трансформатори, електродвигатели или компресори. Такива устройства при започване на работа консумират пусков (стартов) ток.

Неговата стойност може да надвишава стандартните показатели няколко пъти, но времето за работа при повишена мощност е малко и обикновено е от 0.1 до 3 секунди. Такъв краткотраен скок няма да доведе до задействане на топлинния разединител, но електромагнитният компонент на прекъсвача, отговорен за свръхтока на КЗ, може да реагира.

Особено тази ситуация е актуална за отделни линии, към които се свързва оборудване като дървообработващи машини. В този случай трябва да се изчисли амперажът и евентуално има смисъл да се използва автомат от клас “D”.

Отчитане на коефициента на търсене

За вериги, към които е свързано голямо количество оборудване и няма устройство, което консумира най-голямата част от тока, се използва коефициент на търсене (ks). Смисълът на неговото прилагане се състои в това, че всички уреди няма да работят едновременно, поради което сумирането на номиналните мощности ще доведе до завишен показател.

Коефициентът на търсене за групи електропотребители е установен в т. 7 от СП 256.1325800.2016. На тези показатели може да се разчита и при самостоятелно изчисляване на максималната мощност.

Този коефициент може да приема стойност, равна или по-малка от единица. Изчисляването на изчислената мощност (P_r) на всеки уред става по формулата:

P_r = ks * S

Общата изчислена мощност на всички уреди се прилага за изчисляване на параметрите на веригата. Използването на коефициента на търсене е целесъобразно за офисни и малки търговски помещения с голям брой компютри, офис техника и друга апаратура, захранвана от един контур.

За линии с незначителен брой потребители този коефициент не се прилага в чист вид. От изчисляването на мощността се премахват тези устройства, чието включване едновременно с по-енергоемки уреди е малко вероятно.

Така например има малък шанс за едновременна работа в жилищна стая на ютия и прахосмукачка. А за работилници с малък брой персонал в изчислението се вземат само 2-4 от най-мощните електроинструменти.

Изчисляване на силата на тока

Изборът на автомата се извършва по максималната стойност на силата на тока, допустима на участъка от веригата. Необходимо е да се получи този показател, като се знаят общата мощност на електропотребителите и напрежението в мрежата.

Съгласно ГОСТ 29322-2014 от октомври 2015 г. стойността на напрежението трябва да бъде равна на 230 V за обикновена мрежа и 400 V – за трифазна. Въпреки това в повечето случаи все още действат старите параметри: съответно 220 и 380 V. Затова за точност на изчисленията е необходимо да се направят измервания с помощта на волтметър.

Напрежението в домашната мрежа може да се измери с помощта на волтметър или мултиметър. За целта е достатъчно да се вкарат контактите му в контакт.

Друг проблем, особено актуален за електрическата инсталация в частния сектор, е предоставянето на електрозахранване с недостатъчно напрежение. Измерванията на такива проблемни обекти могат да показват стойности, излизащи извън определения от ГОСТ диапазон.

Освен това, в зависимост от нивото на потребление на електроенергия от съседите, стойността на напрежението може да се променя значително за кратко време.

Това създава проблем не само за функционирането на уредите, но и за изчисляването на силата на тока. При падане на напрежението някои устройства просто губят мощност, а други, които имат входен стабилизатор, увеличават потреблението на електроенергия.

Качествено да се извършат изчисленията на необходимите параметри на веригата в такива условия е сложно. Затова или ще трябва да се положат кабели със заведомо по-голямо напречно сечение (което е скъпо), или проблемът да се реши чрез инсталиране на входен стабилизатор или свързване на дома към друга линия.

Стабилизаторът се инсталира до разпределителното табло. Често се случва това да е единственият начин да се получат нормативните стойности на напрежението в дома.

След като бъде намерена общата мощност на електроуредите (S) и се установи стойността на напрежението (U), изчисляването на силата на тока (I) се извършва по формули, които са следствие от закона на Ом:

I_f = S / U_f за еднофазна мрежа

I_l = S / (1.73 * U_l) за трифазна мрежа

Тук индексът “f” означава фазните параметри, а “l” – линейните.

Повечето трифазни устройства използват тип свързване “звезда”, а също така именно по тази схема функционира трансформаторът, който подава ток за потребителя. При симетрично натоварване линейната и фазовата сила ще бъдат идентични (I_l = I_f), а напрежението се изчислява по формулата:

U_l = 1.73 * U_f

Нюанси при избора на сечение на кабела

Качеството и параметрите на проводниците и кабелите се регулират от ГОСТ 31996-2012. По този документ за произвежданата продукция се разработват ТУ, където се допуска известен диапазон на стойностите на базовите характеристики. Производителят е длъжен да предостави таблица за съответствие на напречното сечение на жилата и максималната безопасна сила на тока.

Максимално допустимата сила на тока зависи от напречното сечение на жилата на проводниците и от начина на монтаж. Те могат да бъдат положени по скрит (в стена) или открит (в тръба или канал) начин.

Необходимо е да се избере кабел така, че да се осигури безопасно протичане на тока, съответстващ на изчислената обща мощност на електроуредите. Съгласно ПУЕ (правила за устройство на електроуредбите) минималното изчислено сечение на проводниците, използвани в жилищни помещения, трябва да бъде не по-малко от 1,5 мм².

Стандартните размери имат следните стойности: 1,5; 2,5; 4; 6 и 10 мм².

Понякога има смисъл да се използват проводници с напречно сечение с една стъпка по-голямо от минимално допустимото. В този случай съществува възможност за свързване на допълнителни уреди или замяна на вече съществуващите с по-мощни, без скъпоструващи и продължителни работи по полагане на нови кабели.

Изчисляване на параметрите на автомата

За всяка верига трябва да бъде изпълнено следното неравенство:

I_n <= I_p / 1.45

Тук I_n е номиналният ток на автоматичния прекъсвач, а I_p е допустимият ток за окабеляването. Това правило осигурява гарантирано разединяване при продължително превишаване на допустимото натоварване.

Неравенството “In <= Ip / 1.45” е основно условие при комплектоването на двойката “автоматичен прекъсвач – кабел”. Пренебрегването на това правило може да доведе до запалване на окабеляването.

Номиналът на автоматичния прекъсвач може да се изчисли както по общото натоварване, така и по сечението на жилата на вече положеното окабеляване. Да предположим, че съществува схема за свързване на електроуреди, но окабеляването още не е положено.

В този случай последователността от действия е следната:

1. Изчисляване на общата сила на тока на свързаните към мрежата електроуреди.
2. Избор на автоматичен прекъсвач с номинал не по-малък от изчислената стойност.
3. Подбор на сечение на кабела според номинала на автоматичния прекъсвач.

Пример:

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

Ако окабеляването вече е положено, то последователността от действия е различна:

1. Определяне на допустимия ток при известно сечение и начин на полагане на окабеляването по предоставената от производителя таблица.
2. Подбор на автоматичен прекъсвач.
3. Изчисляване на мощността на свързваните устройства. Комплектоване на група уреди по такъв начин, че общото натоварване на веригата да бъде по-малко от номинала.

Пример. Нека са положени два едножилни кабела по открит начин, D = 6 мм², тогава:

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

В точка 2 на последния пример има незначително допустимо приближение. Точната стойност I_n = I_p / 1.45 = 31.7 A е закръглена до стойност 32 A.

Избор между няколко номинала

Понякога възниква ситуация, когато могат да се изберат няколко автоматични прекъсвача с различни номинали за защита на контур. Например, при обща мощност на електроуредите 4 kW (18 A) беше избрано с резерв окабеляване с напречно сечение на медните жила 4 мм². За такава комбинация могат да се поставят прекъсвачи с 20 и 25 A.

Ако схемата на електрическата инсталация предполага наличието на многоетажна защита, тогава трябва да изберете автоматични прекъсвачи така, че стойността на номинала на горния (на фигурата той е отдясно – 25 A) да бъде по-голяма от тази на прекъсвачите от по-ниските нива.

Предимството на избора на прекъсвач с най-висок номинал е възможността за свързване на допълнителни уреди без промяна на елементите на веригата. Най-често постъпват така.

В полза на избора на автомат с по-малък номинал говори фактът, че неговият термичен разединител ще реагира по-бързо на повишен показател на силата на тока. Работата е там, че при някои уреди може да възникне неизправност, която ще доведе до ръст на потреблението на енергия, но не до стойност на късо съединение.

Например, повреда на лагера на двигателя на пералнята ще доведе до рязко увеличение на тока в намотката. Ако автоматът реагира бързо на превишаване на разрешените показатели и извърши изключване, то моторът няма да изгори.

Изводи и полезно видео по темата

Конструкция на автоматичния прекъсвач и неговата класификация. Понятие за времетокова характеристика и подбор на номинал по сечение на кабела:

Изчисляване на мощността на уредите и избор на автомат с използване на разпоредбите на ПУЕ:

Към избора на автоматичен прекъсвач трябва да се подходи отговорно, тъй като от това зависи безопасността на работата на електросистемата на дома. При цялото множество входни параметри и нюанси на изчислението е необходимо да се помни, че основната защитна функция на автомата се разпростира върху окабеляването.

Пишете, моля, коментари, задавайте въпроси, поставяйте снимки по темата на статията в разположения по-долу блок. Споделяйте полезна информация, която може да бъде полезна на посетителите на сайта. Разкажете за собствен опит в избора на автоматични прекъсвачи за защита на вилно или домашно окабеляване.