Номинали на автоматични прекъсвачи по ток: как да подберете правилно автомат

Устройствата за изключване на електричеството при претоварване и късо съединение се монтират на входа на всяка домашна мрежа. Необходимо е правилно да се изчислят номиналните стойности на автоматичните прекъсвачи по ток, в противен случай работата им ще бъде неефективна. Съгласни ли сте?

Ще ви разкажем как се извършва изчислението на параметрите на автомата, според които се избира това защитно устройство. От предложената от нас статия ще научите как да изберете уред, необходим за защита на електрическата мрежа. С оглед на нашите съвети ще придобиете вариант, който реагира точно в опасен за окабеляването момент.

Параметри на автоматичните прекъсвачи

За да се осигури правилен избор на номинала на устройствата за изключване, е необходимо разбиране на принципите на тяхната работа, условията и времето на задействане.

Работните параметри на автоматичните прекъсвачи са стандартизирани от руски и международни нормативни документи.

Основни елементи и маркировка

В конструкцията на прекъсвача влизат два елемента, които реагират на превишаване на силата на тока над установения диапазон на стойностите:

• Биметална пластина под въздействието на преминаващия ток се нагрява и, огъвайки се, натиска буталото, което разделя контактите. Това е “термична защита” от претоварване.
• Соленоид под въздействието на силен ток в намотката генерира магнитно поле, което натиска сърцевината, а тя вече въздейства на буталото. Това е “токова защита” от късо съединение, която реагира на такова събитие значително по-бързо от пластината.

Типовете устройства за електрическа защита притежават маркировка, по която могат да се определят основните им параметри.

На всеки автоматичен прекъсвач са обозначени основните му характеристики. Това позволява да не се объркат устройствата, когато са монтирани в таблото.

Типът на време-токовата характеристика зависи от диапазона на настройка (стойността на силата на тока, при която става задействането) на соленоида. За защита на окабеляването и уредите в апартаменти, къщи и офиси се използват прекъсвачи тип “C” или, значително по-рядко срещани – “B”. Няма особена разлика между тях при битово приложение.

Тип “D” се използва в помощни помещения или дърводелски цехове при наличието на оборудване с електродвигатели, които имат високи показатели на пускова мощност.

Съществуват два стандарта за устройства за изключване: жилищен (EN 60898-1 или ГОСТ Р 50345) и по-строг промишлен (EN 60947-2 или ГОСТ Р 50030.2). Те се различават незначително и автоматите и на двата стандарта могат да се използват за жилищни помещения.

По номинален ток стандартният ред автомати за използване в битови условия съдържа устройства със следните стойности: 6, 8, 10, 13 (рядко срещано), 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.

Време-токови характеристики на задействане

За да се определи бързината на сработване на автомата при претоварване, съществуват специални таблици на зависимостта на времето за изключване от коефициента на превишаване на номинала, който е равен на отношението на съществуващата сила на тока към номиналната:

K = I / I_n.

Рязкото прекъсване надолу на графиката при достигане на стойността на коефициента на диапазона от 5 до 10 единици се дължи на задействането на електромагнитния разединител. За прекъсвачи тип “B” това става при стойност от 3 до 5 единици, а за тип “D” – от 10 до 20.

Графиката показва зависимостта на диапазона на времето за сработване на автоматите тип “C” от отношението на силата на тока към стойността, която е зададена за този прекъсвач.

При K = 1,13 автоматът гарантирано няма да изключи линията в рамките на 1 час, а при K = 1,45 – гарантирано ще я изключи за същото време. Тези стойности са утвърдени в т. 8.6.2. на ГОСТ Р 50345-2010.

За да разберем за колко време ще се задейства защитата, например при K = 2, е необходимо да се начертае вертикална линия от тази стойност. В резултат ще получим, че според приведената графика, изключването ще настъпи в диапазона от 12 до 100 секунди.

Толкова голямото разсейване на времето се дължи на факта, че нагряването на пластината зависи не само от мощността на преминаващия през нея ток, но и от параметрите на външната среда. Колкото по-висока е температурата, толкова по-бързо се задейства автоматът.

Правила за избор на номинал

Геометрията на вътрешноапартаментните и къщните електрически мрежи е индивидуална, поради което няма типови решения за инсталиране на прекъсвачи с определен номинал. Общите правила за изчисляване на допустимите параметри на автоматите са доста сложни и зависят от много фактори. Необходимо е да се вземат предвид всички тях, в противен случай е възможно създаване на аварийна ситуация.

Принцип на устройството на вътрешноквартирното окабеляване

Вътрешните електрически мрежи имат разклонена структура под формата на “дърво” – граф без цикли. Спазването на този принцип на изграждане се нарича селективност на автоматите, съгласно която всички видове електрически вериги се оборудват със защитни устройства.

Това подобрява устойчивостта на системата при възникване на аварийна ситуация и улеснява работата по отстраняването ѝ. Също така много по-лесно става разпределението на товара, свързването на енергоемки уреди и промяната на конфигурацията на окабеляването.

В основата на графика се намира входният автомат, а веднага след разклонението за всяка отделна електрическа верига се поставят групови прекъсвачи. Това е проверена с годините стандартна схема.

Функциите на входния автомат включват контрол на общото претоварване – недопускане на превишаване на разрешената стойност на тока за обекта. Ако това се случи, съществува риск от повреда на външното окабеляване. Освен това е вероятно задействане на защитни устройства извън апартамента, които вече се отнасят до общодомовата собственост или принадлежат на местните електропреносни мрежи.

Функциите на груповите автомати включват контрол на силата на тока по отделните линии. Те предпазват от претоварване кабела на определения участък и свързаната към него група потребители на електроенергия. Ако при късо съединение такова устройство не се задейства, то входният автомат го застрахова.

Дори за апартаменти с малък брой електропотребители е желателно да се направи отделна линия за осветление. При изключване на автомат на друга верига, светлината няма да угасне, което ще позволи при по-комфортни условия да се отстрани възникналият проблем. На практика във всяко табло стойността на номиналния ток на входния автомат е по-малка от сумата на груповите.

Обща мощност на електроуредите

Максималното натоварване на веригата възниква при едновременно включване на всички електроуреди. Поради това обикновено общата мощност се изчислява чрез просто събиране. Но в редица случаи този показател ще бъде по-малък.

За някои линии едновременната работа на всички свързани към нея електроуреди е малко вероятна, а понякога и невъзможна. В домовете понякога специално се поставят ограничения върху работата на мощни устройства. За това трябва да се помни за недопускане на едновременното им включване или да се използва ограничен брой контакти.

Вероятността за едновременна работа на цялата офисна техника, осветление и спомагателно оборудване (чайници, хладилници, вентилатори, нагреватели и т.н.) е много ниска, затова при изчисляване на максималната мощност се използва коригиращ коефициент.

При електрификация на офисни сгради за изчисления често се използва емпиричен коефициент на едновременност, чиято стойност се приема в диапазона от 0,6 до 0,8. Максималното натоварване се изчислява чрез умножаване на сумата от мощностите на всички електроуреди по коефициента.

При изчисленията съществува една тънкост – необходимо е да се отчита разликата между номиналната (пълна) мощност и консумираната (активна), които са свързани с коефициент (cos (f)).

Това означава, че за работата на устройството е необходим ток с мощност, равна на консумираната, разделена на този коефициент:

I_p = I / cos (f)

Където:

• I_p – сила на номиналния ток, която се прилага в изчисленията на натоварването;
• I – сила на консумирания от уреда ток;
• cos (f) <= 1.

Обикновено номиналният ток се посочва директно или чрез посочване на стойността на cos (f) в техническия паспорт на електрическия уред.

Така например, стойността на коефициента за луминесцентни източници на светлина е 0,9; за LED-лампи – около 0,6; за обикновени лампи с нажежаема жичка – 1. Ако документацията е загубена, но е известна консумираната мощност на битовите уреди, то за гаранция се взема cos (f) = 0,75.

Посочените в таблицата препоръчителни стойности на коефициента на мощност могат да се използват при изчисление на електрическите натоварвания, когато липсват данни за номиналния ток.

За това как да изберем автоматичен прекъсвач според мощността на натоварването, е написано в следващата статия, с чието съдържание препоръчваме да се запознаете.

Избор на сечение на жилата

Преди да прокарате силов кабел от разпределителното табло до група потребители, е необходимо да изчислите мощността на електроуредите при едновременната им работа. Сечението на всеки клон се избира по таблици за изчисление в зависимост от вида на метала на проводника: мед или алуминий.

Производителите на проводници придружават произвежданата продукция с подобни справочни материали. Ако те липсват, то се ориентират според данните от справочника “Правила за устройство на електрооборудването” или извършват изчисление на сечението на кабела.

Въпреки това, често потребителите се презастраховат и избират не минимално допустимото сечение, а с една стъпка по-голямо. Така например, при покупка на меден кабел за линия от 5 кВт, избират сечение на жилата 6 мм², когато според таблицата е достатъчна стойност от 4 мм².

Справочна таблица, представена в ПУЕ, позволява да се избере необходимото сечение от стандартен ред за различни условия на експлоатация на меден кабел.

Това е оправдано поради следните причини:

• По-продължителна експлоатация на дебел кабел, който рядко се подлага на пределно допустимото за неговото сечение натоварване. Отново да се извърши прокарване на електрическата инсталация – нелека и скъпа работа, особено ако в помещението е направен ремонт.
• Запасът от пропускателна способност позволява безпроблемно да се свързват към клона на мрежата нови електроуреди. Така, в кухнята може да се добави допълнителен фризер или да се премести там пералня от банята.
• Началото на работа на устройства, съдържащи електродвигатели, поражда силни стартови токове. В този случай се наблюдава спад на напрежението, който се изразява не само в мигане на осветителните лампи, но може да доведе до повреда на електронната част на компютъра, климатика или пералнята. Колкото по-дебел е кабелът, толкова по-малък ще бъде скокът на напрежението.

За съжаление, на пазара има много кабели, изработени не по ГОСТ, а според изискванията на различни ТУ.

Често напречното сечение на жилата им не отговаря на изискванията или те са изработени от токопроводящ материал с по-голямо съпротивление от необходимото. Затова реалната гранична мощност, при която настъпва допустимото нагряване на кабела, е по-малка, отколкото в нормативните таблици.

Тази снимка показва разликите между кабели, изработени по ГОСТ (вляво) и според ТУ (вдясно). Очевидна е разликата в напречното сечение на жилата и плътността на прилепване на изолационния материал.

Изчисление на номинала на прекъсвача за защита на кабела

Автоматът, инсталиран в таблото, трябва да осигури изключване на линията при излизане на мощността на тока извън границите на диапазона, разрешен за електрическия кабел. Затова за прекъсвача е необходимо да се извърши изчисление на максимално допустимия номинал.

Според ПУЕ допустимото продължително натоварване на положени в кутии или по въздух (например над опънат таван) медни кабели се взема от таблицата по-горе. Тези стойности са предназначени за аварийни случаи, когато има претоварване по мощност.

Някои проблеми започват при съотнасяне на номиналната мощност на прекъсвача към продължителния допустим ток, ако това се прави в съответствие с действащия ГОСТ Р 50571.4.43-2012.

Даден е фрагмент от т. 433.1 ГОСТ Р 50571.4.43-2012. Във формула “2” е допусната неточност, а за правилното разбиране на дефиницията на променливата In трябва да се вземе предвид Приложение “1”

Първо, в заблуждение въвежда разшифровката на променливата I_n като номинална мощност, ако не се обърне внимание на Приложение “1” към тази точка от ГОСТа. Второ, във формула “2” съществува печатна грешка: коефициентът 1,45 е добавен неправилно и този факт констатират много специалисти.

Съгласно т. 8.6.2.1. ГОСТ Р 50345-2010 за битови прекъсвачи с номинал до 63 A условното време е равно на 1 час. Установеният ток на разкачване е равен на стойността на номинала, умножена по коефициент 1,45.

По този начин, съгласно и първата, и изменената втора формула, номиналната сила на тока на прекъсвача трябва да се изчислява по следната формула:

I_n <= I_Z / 1,45

Където:

• I_n – номинален ток на автомата;
• I_Z – дълготраен допустим ток на кабела.

Ще извършим изчисляване на номиналите на прекъсвачите за стандартните сечения на кабелите при еднофазно свързване с два медни проводника (220 V). За целта ще разделим продължително допустимия ток (при полагане по въздух) на коефициента на разединяване 1,45.

Ще изберем автомат по такъв начин, че неговият номинал да бъде по-малък от тази стойност:

• Сечение 1,5 mm²: 19 / 1,45 = 13,1. Номинал: 13 A;
• Сечение 2,5 mm²: 27 / 1,45 = 18,6. Номинал: 16 A;
• Сечение 4,0 mm²: 38 / 1,45 = 26,2. Номинал: 25 A;
• Сечение 6,0 mm²: 50 / 1,45 = 34,5. Номинал: 32 A;
• Сечение 10,0 mm²: 70 / 1,45 = 48,3. Номинал: 40 A;
• Сечение 16,0 mm²: 90 / 1,45 = 62,1. Номинал: 50 A;
• Сечение 25,0 mm²: 115 / 1,45 = 79,3. Номинал: 63 A.

Автоматичните прекъсвачи за 13 A рядко се срещат в продажба, затова вместо тях по-често се използват устройства с номинална мощност 10 A.

Кабелите на основата на алуминиеви жила в момента рядко се използват при монтажа на вътрешно окабеляване. За тях също има таблица, която позволява да се избере сечение според натоварването.

По подобен начин за алуминиевите кабели ще изчислим номиналите на автоматите:

• Сечение 2,5 mm²: 21 / 1,45 = 14,5. Номинал: 10 или 13 A;
• Сечение 4,0 mm²: 29 / 1,45 = 20,0. Номинал: 16 или 20 A;
• Сечение 6,0 mm²: 38 / 1,45 = 26,2. Номинал: 25 A;
• Сечение 10,0 mm²: 55 / 1,45 = 37,9. Номинал: 32 A;
• Сечение 16,0 mm²: 70 / 1,45 = 48,3. Номинал: 40 A;
• Сечение 25,0 mm²: 90 / 1,45 = 62,1. Номинал: 50 A.
• Сечение 35,0 mm²: 105 / 1,45 = 72,4. Номинал: 63 A.

Ако производителят на силовите кабели заявява друга зависимост на допустимата мощност от площта на сечението, то е необходимо да се преизчисли стойността за прекъсвачите.

Формулите за зависимостта на силата на тока от мощността за еднофазна и трифазна мрежа се различават. Много хора, които притежават уреди, проектирани за напрежение 380 волта, на този етап допускат грешка.

Как да определим техническите параметри на автоматичния прекъсвач по маркировката, подробно е изложено тук. Препоръчваме да се запознаете с образователния материал.

Предотвратяване на претоварване от работа на консуматорите

Понякога на линията се монтира автомат с номинална мощност значително по-ниска, отколкото е необходимо за гарантирано запазване на работоспособността на електрическия кабел.

Да се намали номиналът на прекъсвача е целесъобразно, ако общата мощност на всички устройства във веригата е значително по-малка, отколкото кабелът може да издържи. Това се случва, ако от съображения за безопасност, когато след монтажа на окабеляването част от уредите са били премахнати от линията.

Тогава намаляването на номиналната мощност на автоматичния прекъсвач е оправдано от гледна точка на по-бързото му реагиране на възникващи претоварвания.

Например, при заклинване на лагера на електродвигателя, токът в намотката рязко се увеличава, но не до стойности на късо съединение. Ако прекъсвачът реагира бързо, намотката няма да успее да се стопи, което спасява двигателя от скъпоструваща процедура по премотаване.

Също така се използва номинал по-малък от изчисления поради строги ограничения на всяка верига. Например, за еднофазна мрежа на входа в апартамент с електрическа печка е инсталиран прекъсвач 32 A, което дава 32 * 1,13 * 220 = 8,0 kW допустима мощност. Нека при изпълнението на окабеляването в апартамента са били организирани 3 линии с инсталиране на групови прекъсвачи с номинал 25 A.

Ако броят на инсталираните в разпределителното табло групови прекъсвачи е голям, те трябва да бъдат надписани и номерирани. В противен случай може да се объркате.

Да предположим, че на една от линиите настъпва бавно нарастване на натоварването. Когато консумираната мощност достигне стойност, равна на гарантираното изключване на груповия прекъсвач, за останалите два участъка ще остане само (32 – 25) * 1,45 * 220 = 2,2 kW.

Това е много малко спрямо общото потребление. При такава схема на разпределителното табло входният прекъсвач ще се изключва по-често от устройствата на линиите.

Затова, за да се запази принципът на селективност, на участъците трябва да се поставят прекъсвачи с номинал 20 или 16 ампера. Тогава при същия дисбаланс на консумираната мощност на другите две звена ще се пада общо 3,8 или 5,1 kW, което е приемливо.

Нека разгледаме възможността за инсталиране на прекъсвач с номинал 20A на примера на отделна линия, отделена за кухнята.

Към нея са свързани и могат да бъдат едновременно включени следните електроуреди:

• Хладилник, с номинална мощност 400 W и пусков ток 1,2 kW;
• Две фризери, с мощност 200 W;
• Фурна, с мощност 3,5 kW;
• При работа на електрическата фурна е разрешено допълнително да се включи само един уред, най-мощният от които е електрическата кана, консумираща 2,0 kW.

Двадесет-амперният прекъсвач позволява повече от час да пропуска ток с мощност 20 * 220 * 1,13 = 5,0 kW. Гарантирано изключване за по-малко от един час ще настъпи при пропускане на ток от 20 * 220 * 1,45 = 6,4 kW.

В кухнята постоянното свързване към електричеството трябва да бъде за хладилното оборудване и печката. Ако съществува риск от превишаване на силата на тока, то едновременната работа на останалите устройства може да се изключи, като за тях се отделят само два контакта.

При едновременно включване на фурната и електрическата кана общата мощност ще бъде 5,5 kW или 1,25 части от номинала на автомата. Тъй като каната работи за кратко, изключване няма да настъпи. Ако в този момент се включат хладилникът и двете фризерни камери, мощността ще бъде вече 6,3 kW или 1,43 части от номинала.

Тази стойност вече е близка до параметъра на гарантираното разединяване. Въпреки това вероятността за възникване на такава ситуация е изключително малка и продължителността на периода ще бъде незначителна, тъй като времето за работа на моторите и каната е кратко.

Възникващият при стартиране на хладилника стартов ток, дори в сума с всички работещи устройства, ще бъде недостатъчен за задействане на електромагнитния разединител. По този начин, при зададените условия може да се използва автомат на 20 A.

Единственият нюанс се състои в възможността за увеличаване на напрежението до 230 V, което е разрешено от нормативните документи. По-специално ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) определя стандартното напрежение като 230 V с възможност за използване на 220 V.

В момента в повечето мрежи електричеството подава напрежение 220 V. Ако обаче параметърът на тока е приведен към международния стандарт 230 V, то може да се преизчислят номиналите в съответствие с тази стойност.

Изводи и полезно видео по темата

Устройство на прекъсвача. Избор на входен автомат в зависимост от подключваната мощност. Правила за разпределение на захранването:

Избор на прекъсвач по пропускателна способност на кабела:

Изчисляването на номиналния ток на прекъсвача е сложна задача, за решаването на която е необходимо да се вземат предвид множество условия. От инсталирания автомат зависи удобството на обслужване и безопасността на работа на локалната електрическа мрежа.

В случай на съмнения относно възможността да се направи правилен избор е необходимо да се обърнете към опитни електротехници.

Пишете, моля, коментари в намиращия се по-долу блок. Разкажете за собствения си опит в подбора на автоматични прекъсвачи. Споделете полезна информация и снимки по темата на статията, задавайте въпроси.