При проведении электромонтажных работ основным критерием всегда должна выступать безопасность. Ведь от этого зависит очень многое, вплоть до жизни и здоровья человека. И совершенно не имеет значения причина подобного мероприятия. В любом случае необходимо правильно подобрать защитные устройства. Именно в связи с этим придётся провести расчёт автомата по мощности, учитывая некоторые важные нюансы.
Каждому, кто сталкивался с электропроводкой, приходилось слышать об автоматических выключателях или автоматах. В первую очередь грамотный электрик всегда посоветует отнестись к выбору столь важной части электросети с особой щепетильностью. Так как впоследствии именно этот нехитрый прибор может избавить от многих неприятностей.
Совершенно неважно, какого рода проводятся электромонтажные работы - ложится ли новая проводка в только что построенном доме, заменяется старая, модернизируется щиток или прокладывается отдельная ветка для слишком энергоёмких приборов - в любом случае особое внимание необходимо уделить подбору автомата по мощности и прочим параметрам.
Любой современный автомат имеет две степени защиты. Это означает, что помочь он сможет в двух, наиболее распространённых ситуациях .
Таким образом, автомат способен защитить не только личное имущество, но в некоторых случаях и жизнь. Хотя для этого необходимо провести грамотный расчёт автоматического выключателя по мощности и ряду других параметров. А также не стоит брать автомат «с запасом», так как при критических значениях токов в сети он банально может не сработать, что равнозначно его отсутствию.
Что же касается защиты человека от поражения электрическим током в результате прикосновения к токоведущим частям, то здесь предпочтительнее использовать УЗО.
Принцип работы
Основной задачей защитного выключателя является отсечение подачи электрического тока от подающего кабеля в сеть потребителя. Происходит это благодаря расцепителям, находящимся в теле автомата. Причём существуют два вида таких частей:
- Электромагнитные, представляющие собой катушку, пружину и сердечник, который при превышении номинальных токов втягивается и через пружину разъединяет контакты. Происходит это практически мгновенно - от 0,01 до 0,001 секунды, что способно обеспечить надёжную защиту.
- Биметаллические тепловые - срабатывают при прохождении токов, превышающих предельные значения. При этом биметаллическая пластина, являющаяся основой такого расцепителя, изгибается и происходит разрыв контактов.
Для более надёжного отключения в большинстве современных моделей автоматов стараются применять оба вида расцепителей.
Учитывая разнообразие электросетей и определённых ситуаций, автоматы могут быть разных видов . Принцип их работы ничем существенным не отличается - срабатывают всё те же расцепители, но в зависимости от ситуации и ряда других нюансов используют разные их вариации.
Так, для стандартной однофазной сети напряжением 220 вольт выпускаются однополюсные и двухполюсные АВ. Первые способны разрывать лишь один провод - фазу. Вторые могут работать и с фазой, и с нулём. Безусловно, предпочтительнее использовать второй вариант. Особенно, если дело касается помещений с повышенной влажностью. Конечно, и однополюсный автомат вполне справится со своей задачей, но могут возникнуть ситуации, когда перегоревшие провода замкнут между собой. В таком случае, естественно, фаза будет отсечена, но вот нулевой провод окажется под напряжением, что может быть крайне опасно.
Для трёхфазных сетей напряжением 380 вольт используются трёх- или четерёхполюсные автоматы. Устанавливать их необходимо и на входе, и непосредственно перед потребителем. Как понятно, такие автоматы отсекают все три фазы, подключённые к ним. В редких случаях возможно использование одно- или двухполюсных защитных устройства для отсекания, соответственно, одной или двух фаз.
Конечно, любой автомат превосходно справится с возложенными на него задачами - это не вызывает сомнения, если он исправен. Но дело в том, что подбирать АВ необходимо с учётом нескольких параметров.
Если выбранный автомат слишком «слабый», то будут происходить постоянные ложные срабатывания. И наоборот, слишком «сильная» модель, будет иметь довольно сомнительную полезность.
Мощность нагрузки
Одной из возможностей подобрать защитное устройство является выбор автомата по мощности нагрузки. Для этого необходимо узнать значение тока нагрузки. И уже из этих данных выбирать соответствующий номинал. Проще всего (да и точнее) это сделать с помощью закона Ома по формуле:
где P - мощность потребителя (холодильник, микроволновая печь, стиральная машина и т. п.), а U - напряжение сети.
Для примера потребитель будет взят 1,5 кВт, а напряжение сети обычное 220 В. Имея эти данные, подставив их в формулу, получится:
I = 1500/220 = 6,8 А.
В случае с трёхфазной сетью 380 вольт, напряжение будет 380 В.
Опираясь на закон Ома, можно без труда посчитать мощность нагрузки, из которой подбирать требуемый номинал автомата. Однако не стоит забывать, что, выбирая таким образом АВ, необходимо сложить нагрузку всех потребителей.
Существует и ещё одна формула для выбора автоматического выключателя по току, но она немного сложнее, но и конечный результат будет куда более точен. На практике это не принципиально, но в ознакомительных целях всё же стоит её привести:
Значения I, P, U будут теми же, что и в законе Ома, а вот cos φ - это коэффициент мощности, который учитывает в нагрузке реактивную составляющую. Это значение помогает определить таблица 6.12 нормативного документа СП 31−110−2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий».
Для примера данные будут использованы те же, т. е. потребитель 1,5 кВт, а напряжение всё те же 220 В. Согласно таблице, cos φ будет равен 0,65, как для вычислительных машин. Следовательно:
I = 1500 Вт/220 В * 0,65 = 4,43 А.
Выбирать автомат лишь по мощности нагрузки будет непростительной ошибкой, которая может дорого стоить. Ведь если не учесть при этом сечение кабеля, то теряется всякий смысл в подборе автомата. Однако полученные значения нагрузки и номинал АВ смогут помочь в подборе необходимого кабеля.
Для этого не понадобится делать никаких расчётов, так как достаточно воспользоваться таблицей № 1.3.6 и 1.3.7 ПУЭ, где понятие длительно допустимый ток означает проходящее длительное время по проводнику напряжение, не вызывающее чрезмерного его нагрева. Проще говоря, за это значение можно принять рассчитанную мощность нагрузки. И получить требуемое сечение медного или алюминиевого провода.
По току короткого замыкания
Чтобы выбрать автоматический выключатель по мощности хотя и понадобились некоторые расчёты, но они были крайне просты. Этого совсем нельзя сказать о расчётах при выборе автомата по токам короткого замыкания.
Но при подборе номинала АВ для дома, коттеджа, квартиры или офиса, подобные расчёты будут излишни, так как основной показатель, особенно влияющий на данные, это длинна проводника. Но в подобных ситуациях она крайне мала, чтобы существенно повлиять на результат. Поэтому такие расчёты проводят лишь при проектировании подстанций и других подобных сооружений, где длина кабелей значительная.
Поэтому при выборе автоматического выключателя обычно приобретают модели с обозначением «С», где учитываются значения пусковых токов.
Подбор номинала
Выбор номинала автоматического выключателя должен соответствовать определённым требованиям. А конкретнее, автомат обязан сработать прежде, чем токи смогут превысить допустимые значения проводки. Из этого следует, что номинал автомата должен быть чуть меньше, нежели сила тока, которую способна выдержать проводка.
Выбрать нужный АВ довольно просто. Тем более что существует таблица номиналов автоматов по току, а это значительно упрощает задачу.
Исходя из всего этого, можно составить алгоритм , по которому проще всего подобрать автомат нужного номинала:
- Для отдельно взятого участка вычисляется сечение и материал провода.
- Из таблицы берётся значение максимального тока, который способен выдержать кабель.
- Остаётся с помощью таблицы лишь выбрать автомат со значением чуть меньшим длительно допустимого тока.
Таблица содержит пять номиналов АВ 16 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А, из которых и будет выбираться защитное устройство. Автоматы же меньших значений практически не используются, так как нагрузки современных потребителей просто не позволят этого сделать. Таким образом, имея необходимы значения, очень легко выбрать автомат, соответствующий конкретно взятому случаю.
Для организации безотказно действующего внутридомового электроснабжения необходимо выделить отдельные ветки. Каждую линию нужно оснастить собственным прибором защиты, оберегающим изоляцию кабеля от оплавления. Однако не все знают, какое устройство приобрести. Согласны?
Все про выбор автоматов по мощности нагрузки вы узнаете из представленной нами статьи. Мы расскажем, как определить номинал для поиска выключателя необходимого класса. Учет наших рекомендаций гарантирует покупку требующихся устройств, способных исключить угрожающие ситуации при эксплуатации проводки.
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 (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.
При длительном превышении током значения номинала выключателя в 2 раза, размыкание произойдет за период от 8 секунд до 4-х минут. Скорость срабатывания зависит от настройки модели и температуры среды
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 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.
Вращением регулировочного винта (выделен красным прямоугольником) против часовой стрелки можно добиться большего времени срабатывания теплового расцепителя
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.
Наглядная схема, показывающая принцип работы системы автоматических выключателей с реализованной функцией селективности (выборочности) срабатывания при возникновении короткого замыкания
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 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 в щитке крепят на специально отведенную для этого DIN-рейку. Она обеспечивает компактность и безопасность подключения, а также удобный доступ к выключателю
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) и , функции которого отличаются от работы автоматического и дифференциального выключателя.
Если в помещении выполнена разводка на несколько контуров, то каждый из них защищают отдельным автоматом, мощность которого . Их номиналы и классы определяет владелец помещения с учетом существующей проводки или мощности подключаемых приборов.
Счетчик электроэнергии и автоматические выключатели устанавливают в распределительном щите, который отвечает всем требованиям безопасности и легко может быть вписан в интерьер помещения
При выборе места для размещения 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 несложен, но надо учесть много нюансов, чтобы избежать ошибок и возникновения 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.
cos(f) – параметр, с помощью которого можно определить полную (номинальную мощность) по активной (потребляемой). Если он не равен единице, то его указывают в технической документации к электроприбору
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 КЗ, 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.
Коэффициент спроса на группы электропотребителей установлен в п. 7 СП 256.1325800.2016. На эти показатели можно опираться и при самостоятельном расчете максимальной мощности
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 для , 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 . 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 кабели с заведомо большим сечением (что дорого), либо решать проблему через установку входного стабилизатора или подключение дома к другой линии.
Стабилизатор устанавливают рядом с распределительным щитом. Часто бывает, что это единственный способ получить нормативные значения напряжения в доме
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.
Максимально допустимая сила тока зависит от сечения жил проводов и способа монтажа. Они могут быть проложены скрытым (в стене) или открытым (в трубе или коробе) способом
Выбирать кабель необходимо так, чтобы обеспечить безопасное протекание тока, соответствующего расчетной суммарной мощности электроприборов. Согласно ПУЭ (правила устройства электроустановок) минимальное , используемых в жилых помещениях, должно быть не менее 1,5 мм 2 .
Стандартные размеры имеют следующие значения: 1,5; 2,5; 4; 6 и 10 мм 2 .
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.
Неравенство “In <= Ip / 1.45” является основным условием при комплектовании пары “автомат – кабель”. Пренебрежение этим правилом может привести к возгоранию проводки
В этом случае последовательность действий следующая:
- Вычисление суммарной силы тока подключенных к сети электроприборов.
- Выбор автомата с номиналом не меньше, чем вычисленная величина.
- Подбор сечения кабеля по номиналу автомата.
- S = 4 кВт; I = 4000 / 220 = 18 A;
- I n = 20 A;
- I p >= I n * 1.45 = 29 A; D = 4 мм 2 .
Если проводка уже проложена, то последовательность действий другая:
- Определение допустимого тока при известном сечении и способе прокладки проводки по предоставленной производителем таблице.
- Подбор автоматического выключателя.
- 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 мм 2 , тогда:
- I p = 46 A;
- I n <= I p / 1.45 = 32 A;
- 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 мм 2 . Для такой комбинации можно поставить выключатели на 20 и 25 A.
Если схема разводки электрики предполагает наличие многоярусной защиты, то нужно выбирать автоматы так, чтобы значение номинала вышестоящего (на рисунке он справа – 25 A) было больше, чем у выключателей более низких уровней
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 автоматического 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.
Пишите, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы, размещайте фото по теме статьи в расположенном ниже блоке. Делитесь полезной информацией, которая может пригодиться посетителям сайта. Расскажите о собственном опыте в выборе автоматических выключателей для защиты дачной или домашней электропроводки.
Современные системы защиты электропроводки от перегорания и воспламенения подразумевают использование автоматических выключателей и разделяются по типу сети на однофазные и трёхфазные. В частном секторе в большинстве случаев используются приборы второго типа, поэтому актуальным становится правильный расчёт автомата по мощности для 380 вольт, обеспечивающий надёжность и долговечность использования электрической сети.
Назначение и работа
Первое автоматическое устройство, предназначенное для защиты электрической цепи от сверхтоков, было изобретено американским учёным, изучающим электромагнетизм, Чарльзом Графтоном Пэджем в 1836 году. Но лишь через 40 лет подобная конструкция была описана Эдисоном. Современный же тип защитных устройств был запатентован в 1924 году корпорацией Brown, Boveri & Cie из Швейцарии.
Новаторством конструкции стала многоразовость использования благодаря возможности включения модуля при его срабатывании нажатием одной кнопки. Преимущества по сравнению с плавкими предохранителями были неоспоримыми, при этом и точность работы автомата была намного лучше. При использовании устройства в сети, рассчитанной на 380 вольт, происходит отключение сразу всех фаз. Такой подход позволяет избежать перекоса уровней сигналов и возникновения перенапряжений.
Прямое назначение трёхфазного автоматического выключателя состоит в отключении линии при возникновении в ней короткого замыкания или превышения потребляемой мощности приборами. Модули защиты относятся к группе коммутационного оборудования и благодаря простым конструкциям, удобству использования и надёжности они широко применяются как в бытовых, так и в промышленных энергетических сетях. Обычно устройство предполагает ручное управление
, но некоторые типы комплектуются электромагнитным или электродвигательным приводом, дающим возможность управлять ими дистанционно.
Некоторые пользователи ошибочно предполагают, что автомат защищает подключённые к нему приборы, но на самом деле это не так. Он никак не реагирует на виды и типы приборов, подключаемых к нему, а единственной причиной его срабатывания является перегрузка и появление сверхтока. При этом, если автомат не отключит линию, электропроводка начнёт нагреваться, что приведёт к её повреждению или даже воспламенению.
Выбор автоматического модуля защиты связан с возможностями электрической линии выдерживать ток определённой величины, что напрямую связано с материалом кабеля и его сечением. Иными словами, при выборе модуля главным параметром является мощность или максимальный ток, который приводит к срабатыванию автомата.
Конструкция защитного модуля
Несмотря на широкий ассортимент продукции, предлагаемый различными производителями, конструкции автоматических выключателей подобны друг другу. Корпус прибора выполняется из диэлектрика, устойчивого к температурам, и не поддерживает горение. На передней панели располагается рычажок ручного управления, а также наносятся основные технические характеристики.
Конструктивно корпус состоит из двух половинок, скрученных между собой болтами. В середине его находятся следующие элементы:
Именно конструкции расцепителей обеспечивают почти моментальное срабатывание автоматического выключателя. Электромеханический контакт реагирует на возникновение в защищаемой им цепи тока, параметры которого превышают номинальное значение. В конструкцию расцепителя входит катушка индуктивности с сердечником, положение которой фиксируется пружиной, а уже она связана с подвижным силовым контактом. Обмотки соленоида включаются последовательно нагрузке. Тепловой расцепитель представляет собой спрессованную полоску из двух металлов с разной теплопроводностью (биметаллическая пластина).
Принцип действия
После подключения к трёхфазному автомату силовой и нагрузочной электрических линий его включают с помощью перевода рычажка в верхнее положение. В результате происходит зацепление рычага через защёлку с включающим контактом. Образованное соединение обеспечивается за счёт смещения подвижной контактной группы относительно их держателя.
При нормальной ситуации ток проходит через соприкосновение силового и подвижного контакта. Затем поступает на биметаллическую пластину и обмотку соленоида, а с неё уже попадает на клемму и подключённую к автомату нагрузку.
Если через выключатель начинает протекать ток со значением, превышающим допустимое, то биметаллическая пластина начинает нагреваться. Из-за разного теплового расширения металлов она изгибается, разрывая в итоге контакт. Сила тока, при котором происходит разрыв соединения, зависит от толщины пластины. Термомагнитный расцепитель характеризуется медленной работой, хотя и может фиксировать даже небольшие изменения величины тока. Его настройка осуществляется на заводе с помощью изменения расстояния между пластиной и подвижным контактом. Для этого используется регулировочный винт.
Но для тока, который мгновенно увеличивает своё значение, скорость реакции биметаллической пластины будет крайне низкой, поэтому вместе с ней используется и соленоид. В нормальном состоянии сердечник выталкивается пружиной и замыкает контакт автомата. При аномальном значении сигнала в витках катушки стремительно увеличивается магнитное поле, потоки которого втягивают сердечник внутрь, преодолевая действие пружины, а это приводит к разрыву цепи.
Срабатывание электромагнитного расцепителя происходит за доли секунды, при этом на токи, незначительно превышающие номинальные, он не реагирует. Одновременно с разъединением всей трёхфазной линии опускается и рычажок, который опять понадобится перевести в верхнее положение для подключения нагрузки к сети.
Характеристики устройства
Правильный подбор 3-фазного автомата заключается не только в определении условий его эксплуатации, но и по мощности и типу нагрузки, которая будет к нему подключаться. Неверно подобранная мощность модуля приводит к ухудшению защиты электропровода , при этом такое устройство и само может стать источником аварийной ситуации.
Но всё же, как бы ни было важно правильно подобрать мощность, автоматические приборы характеризуются и другими техническими параметрами, влияющими на их работу. К основным из них относят:
Кроме технических параметров, автоматические приборы характеризуются и качественными показателями. К наиболее распространённым относят тип привода, способ присоединения внешних проводников, исполнение отсечки и другие.
Подбор мощности
Существует два способа определения необходимой мощности для 3-фазного автомата. При этом один дополняет другой, а не исключает его. Первый метод связан с нахождением суммарного значения потребляемой энергии и нагрузкой, а второй - с сечением электропроводки.
Исходя из определения, что автомат защищает не оборудование, а электропроводку, подбирать мощность нужно, ориентируясь на параметры последней. Это верно, но лишь до того момента, пока не будет запланирована модернизация сети. Например, существующая проводка в доме рассчитана на 1,5 квадрата. Согласно техническим характеристикам медная проводка такого диаметра сможет выдержать долговременный ток не более 10 ампер. Соответственно, наибольшее одновременное потребление энергии приборами, подключёнными к выходу автомата, не должно превышать 3,8 кВт. Это значение получается из простой формулы для нахождения мощности - P = U*I, где:
- P - наибольшая допустимая мощность потребления, Вт;
- U - напряжение трёхфазной сети, 380 вольт;
- I - максимальный ток, выдерживаемый проводкой, А.
Полученное число говорит о том, что одновременно суммарно подключённая в линию нагрузка не должна превышать это значение, т. е. при включении бойлера на 2 кВт ничего страшного не произойдёт. Но если же к этой линии подключить электропечь в 3 кВт, то проводка не выдержит и загорится, поэтому для предотвращения аварии необходимо установить автомат на 10 А, позволяющий нагрузить линию всего до 2,2 кВт.
Преимущество использования трёхфазного автомата в том, что к нему одновременно можно подключить три линии, при этом величина номинального тока будет определяться суммированием мощностей всех фаз. Таким образом, для автомата на 380 вольт она составит 6,6 кВт, а в случае подключения нагрузки типа «треугольник» - 11,4 кВт. То есть для приведённого примера, если нет возможности развести линию на разные фазовые выходы устройства защиты, понадобится приобрести автомат на 6 А.
Если же планируется модернизация проводки или используется кабель толстого сечения, то расчёт можно произвести исходя из потребляемой мощности нагрузки. Например, если нагрузка каждой фазы не будет превышать 4 кВт, то номинальный ток рассчитывается как сумма мощностей плюс 15–20% запаса (I = 4*3 = 12 А + запас = 14 А), поэтому наиболее подходящим устройством в данном случае будет автомат на 16 А.
Нюансы при расчёте
Для упрощения нахождения мощности в качестве запаса принято использовать не процентное содержание, а умножение на коэффициент. Это дополнительное число принято считать равным 1,52.
На практике же редко получается нагрузить все три фазы одинаково, поэтому, когда одна из линий потребляет большую энергию, расчёт номинала автоматического выключателя выполняется по мощностям именно этой фазы. В таком случае берётся во внимание наибольшее значение потребляемой энергии и умножается на коэффициент 4,55, и тогда можно будет обойтись без использования таблиц.
Таким образом, при расчёте мощности в первую очередь учитываются параметры электропроводки, а затем и энергия, потребляемая защищаемым автоматом электрооборудования. Здесь берётся во внимание и верное замечание из правил устройства электроустановок (ПУЭ), указывающее, что установленный автоматический выключатель должен обеспечить защиту самого слабого участка цепи.
Автоматический выключатель - устройство, обеспечивающее защиту Вашего дома, электроники и Ваших близких от поражения электрическим током. В нормальных условиях, когда работа всех приборов и проводки проходит в обычном режиме, выключатель проводит через себя электрический ток. Но в случае когда по тем или иным причинам сила тока превысила номинальные значения (подключена нагрузка больше рассчитанной, вследствие неисправности электроприборов или электроцепей возникло короткое замыкание), срабатывают расцепители автоматического выключателя и размыкают цепь.
В модульных автоматических выключателях обычно стоят два типа расцепителей:
- Тепловой расцепитель - срабатывающий при токах перегрузки. Конструктивно представляет из себя биметаллическую пластину, которая при нагревании благодаря свойствам материала распрямляется. В зависимости от величины номинального тока регулируется нагреваемая часть пластины. Соответственно скорость срабатывания автомата прямо пропорциональна силе тока, проходящей через пластину.
- Электромагнитный расцепитель устройство срабатывающее при токах короткого замыкания, которые кратно превышают номинальный ток автоматического выключателя.
Для выбора модульного автоматического выключателя
необходимо определиться со следующими параметрами:
Количество полюсов автомата
- Однополюсные автоматические выключатели устанавливаются в однофазной цепи. При этом однополюсные автоматы устанавливаются непосредственно на фазу, и защищают отходящие линии, обычно розеточные или осветительные линии.
- Трёхполюсные выключатели устанавливаются в трехфазной сети обычно в качестве вводных автоматов или для защиты трехфазных потребителей.
Ток перегрузки автоматического выключателя
Обычно вводной автомат ставят на ток, согласно выделенной мощности на квартиру или до.
При однофазной сети
I=P/U например, на квартиру выделено 10кВт, значит вводной автомат ставим 10000Вт/220В =45,5 округляем до ближайшего меньшего =берем автомат на 40А.
При трехфазной сети
I=P/U*1.7 где 1,7 корень из 3. Допустим на квартиру выделено 30кВт -30000Вт/380В*1,7= 45,5 округляем, и выбираем трехполюсный автомат на 40А)
Для подбора автоматов на отходящих линиях необходимо выбирать в зависимости от сечения провода, который установлен на защищаемой линии. (В случае если у Вас на данной линии находится несколько потребителей).
В случае, если на защищаемой линии один потребитель (например водонагреватель) устанавливают автомат, исходя из мощности устройства.
|
Сечение токопроводящей жилы, мм |
Ток *, А, для проводов и кабелей |
||
|
одножильных |
двухжильных |
трехжильных |
|
Тип характеристики срабатывания при КЗ
- В 3-5 предназначены для защиты активных нагрузок и протяженных линий освещения с системами заземления TN и IT (розетки, освещение).
- С 5-10 предназначены для защиты цепей с активной и индуктивной нагрузкой с низким импульсным током (для офисных и жилых помещений)
- D 10-20 используется при нагрузках с высокими импульсными (пусковыми) токами и повышенном токе включения (низковольтные трансформаторы, ламы-разрядники, подъемные механизмы, насосы)
- Z 2-3 электроника
Обычно в квартиру ставят автоматические выключатели с характеристикой С.
Наибольшая отключающая способность (ПКС) автоматов
Максимальный электрический ток, который автоматический выключатель может расцепить. Здесь принцип следующий: ПКС рассчитывается из максимального тока, который может возникнуть при коротком замыкании отходящих проводов. Вводной автомат в квартиру должен быть по Госту минимум на 6 кА, автоматические выключатели на розеточную группу и освещение могут быть на 4,5 кА. В Европе автоматические выключатели на 4,5 кА запрещены.
Количество автоматов.
Обычно в распределительном щите устанавливают вводный автомат, автомат на розеточные линии на 2-3 комнаты, автомат на осветительные линии (наверно лучше по одному автомату на комнату), отдельно по автомату на мощных потребителей электроэнергии, калорифер, стиральную машину и т.д.
При комплектации наших клиентов, мы обычно рекомендуем модульные автоматы производства ABB серии S200 (ПКС 6кА) или или . Строители при возведении новых домов устанавливают обычно автоматы производства ИЭК. Поэтому если в Вашей новой квартире установлены автоматы фирмы ИЭК, то Вы можете предположить какая у Вас установлена проводка внутри стен, марку и качество бетона и т.д.
Домашний мастер, затеявший ремонт или изготовление электропроводки для своих помещений, обязательно сталкивается с вопросом защиты своего электрооборудования от предотвращения развития возможных аварийных ситуаций в нем.
Решить этот вопрос позволяют автоматические выключатели, которые обеспечивают три функции:
1. удобную ручную коммутацию подключенных цепей с источниками питания;
2. надежное пропускание тока нагрузки в рабочем режиме;
3. защитное автоматическое отключение при возникновении аварий.
Не секрет, что любой подобный прибор создается производителем для обеспечения определенных технических возможностей и имеет различные характеристики. Поэтому таких конструкций выпускается очень много и для каждого конкретного рабочего места необходимо подбирать оптимальный автомат.
Ну а теперь перейдем к правилам выбора, разделив их на девять последовательных этапов.
Расчет величины номинального тока. Этап №1
Автоматический выключатель обычно устанавливают внутри распределительного щитка на входе в дом, квартиру или гараж и врезают его в фазный проводник. Через этот автомат по смонтированным проводам проходит ток подключенной нагрузки, которую создают работающие электроприборы.
Именно этот ток в рабочем режиме и должен надежно пропускать автоматический выключатель, а в случае его превышения — размыкать свой силовой контакт, обесточивая схему. При этом важно, чтобы между токопроводящими свойствами электропроводки и подключенных приборов был соблюден баланс.
Например, медная проводка сечением 1,5 мм квадратных может обеспечить надежное электроснабжение потребителей общей мощностью до 1 кВт. Если к ней подключить электронагреватель, забирающий 3 кВт из сети, то никакой автоматический выключатель при этой ситуации с функцией защиты и нормального электроснабжения не справится.
Ведь, подбирая автомат под нагрузку 1 кВт, мы будем защищать проводку, не дадим ей перегреться и выйти из строя из-за повышенных токов. Однако, электронагреватель работать не будет — защита станет сразу автоматически снимать питание при каждом включении.
Если же выбрать автоматический выключатель по нагрузке нагревателя 3 кВт, то его оборудование станет работать, но только до того момента, пока не сгорят подводящие напряжение электрические провода. А произойдет это довольно быстро.
Приведенный пример демонстрирует, что вопрос сбалансированности электрической схемы, подключаемой к автомату, необходимо проанализировать и обеспечить на стадии проекта работ до выбора конкретной модели защитных устройств.
При этом лучше всего поэтапно выполнить следующие три задачи:
2. выбрать номинал автоматического выключателя из ряда стандартных токов на основе проведенного расчета. При этом используется метод округления в большую сторону;
3. определить материал и сечение проводов, которые будут передавать нагрузку от автомата к потребителям на основе использования таблиц ПУЭ.
На картинке ниже представлены основные технические рекомендации для решения каждого из этих вопросов.
Выбор автоматического выключателя по его времятоковой характеристике. Этап №2
Зависимость скорости снятия питания с нагрузки электромагнитным расцепителем от величины превышения номинального тока в контролируемой схеме является одним из важных показателей автомата. По этому критерию они имеют шесть групп классификации, но для условий дома, квартиры и гаража подходят только три из них.
Это классы:
«В», когда нагрузка представлена старой электропроводкой, лампами накаливания, обогревателями, электрическими плитами или духовками;
«С», если в помещениях используются стиральные и посудомоечные машины, холодильники, морозильники, кондиционеры, офисные и домашние розеточные группы, осветительные газоразрядные лампы с увеличенным током запуска;
«D» — для обеспечения надежной работы и защиты мощных компрессорных установок, насосов, обрабатывающих станков, подъемных механизмов.
Надежное отключение повышенного тока электромагнитным расцепителем происходит при превышении I номинального у классов:
D — 10÷20 раз.
Токи, бо́льшие на 10% номинального значения, тоже будут отключаться этими автоматами за счет срабатывания биметаллических пластин, работающих по тепловому принципу. Но, их время не всегда может обеспечить безопасность. Поэтому защиты класса D нельзя использовать вместо С или тем более В.
Выбор автоматического выключателя по принципу селективности. Этап №3
Подбирая защитное устройство, следует понимать, что оно не одно работает в электрической схеме, а в комплексе с другими автоматами. Для них создается собственная, специфическая последовательность срабатываний, называемая избирательностью или селективностью. Ее важно соблюдать для надежного обеспечения электроэнергией всех потребителей.
Принцип селективной работы выключателей демонстрирует картинка, на которой показано, что при возникновении короткого замыкания в приборе, подключенном к розетке, аварийный ток пройдет через автоматы АВ1 щита дома, АВ2 подъездного и АВ3 квартирного щитка.
При этом их надо подобрать так, чтобы неисправность оперативно устранялась работой ближайшего к месту отключения автомата АВ3, а остальные продолжали работать для электроснабжения всех подключенных к ним электропотребителей.
Во время проектирования конфигурации схем электрических защит всегда выполняют их резервирование, считая, что абсолютной надежности быть не может. Когда-нибудь автоматический выключатель АВ3 может отказать в работе по различным причинам. Поэтому его должен страховать ближайший к нему АВ2. В случае его поломки наступит очередь работы АВ1. И так далее…
В порядке дополнения приведем конструкцию селективного автомата, который устанавливается в главном распределительном щитке. Подобные специальные селективные выключатели позволяют обеспечивать выдержку времени на срабатывание порядка 0,25÷0,6 секунды.
У них подготовлено 2 пути для прохождения тока:
основной;
дополнительный.
Они имеют одинаковые элементы для работы тепловых расцепителей и блок основного контакта.
Подобный селективный автомат устанавливается перед отходящим, а его основной канал работает на обычное отключение аварии. В дополнительном же включен резистор, обеспечивающий небольшое снижение тока и, соответственно, задержку на срабатывание по времени.
Если отходящий автомат устраняет аварию, то селективный не отключается, а остается в работе через дополнительный контакт, а после остывания основного биметалла и через его канал. Когда же отходящий автомат со своей задачей не справляется, то его работа резервируется второй добавочной цепочкой.
Определение предельной коммутационной способности контактов. Этап №4
Эта характеристика определяет ту величину максимального тока в амперах, которую способен надежно разорвать автоматический выключатель при возникновении аварийной ситуации. Если это значение на практике будет превышено, то защита сети может не выполниться, а сам автомат просто сгорит от завышенной мощности дуги.
Один из решающих параметров на выбор автомата по ПКС связан с материалом использованных проводов в подводящих кабелях и удалением объекта от трансформаторной подстанции.
Кроме предельной способности в технической документации также указывается коммутационная износоустойчивость, которая определяет количество циклов срабатывания при нормальных условиях до наступления момента износа механизма.
Класс токоограничения отключающего механизма. Этап №5
Этот параметр указывается на корпусе большинства наиболее качественных моделей и характеризует скорость отключения аварийного режима электромагнитной отсечкой по отношению к продолжительности отрезка одного полупериода стандартной синусоиды.
Класс токоограничения обозначается цифрами 1, 2, 3, которые являются знаменателями дроби с числителем 1.
Автомат с классом 2 должен начать реагировать на неисправность за время 1/2 полупериода, а третьего класса — 1/3. Это значит, что чем выше показатель токоограничения, тем быстрее ликвидируется авария и меньшему тепловому воздействию подвергается защищаемое оборудование.
При разрыве электрического тока аварии возникает дуга, которую гасит специальное устройство. Окончательное время прерывания неисправности автоматом 3-го класса составляет порядка 2,5÷6 миллисекунд, 2-го — 6÷10, а 1-го — >10.
Обратите внимание, что модели класса 3 не дают возможности аварийному току достичь пика своего максимума. Поэтому их выбор наиболее оптимален.
Проверка автоматического выключателя по сопротивлению петли фаза-ноль. Этап 6
Этот вопрос лучше доверить специалистам измерительных электротехнических лабораторий. Технология и методика его выполнения изложены .
Сейчас же кратко вспомним, что под термином петли фазы-нуля понимается полный участок электрической схемы от обмотки силового питающего трансформатора, расположенного на подстанции, до конечной розетки потребителя.
Эта цепочка обладает электрическим сопротивлением и влияет на выбор защитных устройств потому, что этой величиной ограничивается максимальный ток возникающего короткого замыкания.
Например, замеренное полное сопротивление участка составляет 1,2 Ома. Напряжение в квартирной проводке 220 вольт. Если накоротко замкнуть контакты розетки металлической перемычкой, то по закону Ома можно определить возникший ток.
Iкз=220/1,2=183,3(3) А.
На этапе проектирования электропроводки эта величина определяется теоретически по расчетным таблицам.
Например, защиты выбираются для гаража, где планируется использовать металлообрабатывающие станки. Поэтому по всем ранее оцененным показателям подобран автомат на 16 ампер класса D.
Отключающая способность его электромагнитного расцепителя вычисляется согласно требованиям ПУЭ по формуле:
I=1,1х16х20=352 А.
16 - номинальный ток автомата;
20 — максимальная характеристика кратности тока отключения электромагнитным расцепителем;
1,1 — запас 10%.
Проведенный расчет показал, что максимальный ток короткого замыкания в схеме может быть не более 183 ампер, а выбранный автоматический выключатель работает при КЗ в 352 А. Другими словами, токовая отсечка при большинстве аварий у этой модели просто не будет работать.
Поэтому автомат выбран неправильно. Его необходимо заменять. Есть еще вторая альтернатива — проведение модернизации электропроводки с целью снижения ее электрического сопротивления.
Количество полюсов. Этап 7
В однофазной схеме двухполюсный автомат устанавливают внутри вводного щита для обеспечения полного снятия напряжения фазы и нуля с питаемой схемы. В остальных случаях применяются однополюсные модели, разрывающий фазный потенциал.
Четырехполюсный автомат в трехфазной сети позволяет коммутировать сразу три фазы и рабочий ноль. Но, они ни в коем случае не должны разрывать защитный РЕ-проводник.
В остальных случаях, когда рабочий нулевой проводник не требуется переключать, достаточно выбрать трехфазную модель.
Дополнительные параметры. Этап 8
Сюда входят такие характеристики, как:
величина напряжения подводимой сети;
частота промышленных колебаний в герцах (обычно 50 или 60);
степень защиты корпуса по классам IP;
исполнение для эксплуатации при ухудшенной температуре.
На них тоже необходимо обратить внимание, особенно если планируются тяжелые условия работы для автомата.
Выбор бренда. Этап 9
Этот заключительный момент обычно важен в том случае, когда приобретается не один защитный прибор, а целая серия из них для выполнения электромонтажных работ в одном доме. Здесь рекомендуется приобретать надежные модели известных производителей с учетом покупательных возможностей.
Учитывайте более тяжелые условия эксплуатации автоматических выключателей в холодных или плохо отапливаемых гаражах и других подобных помещениях.
В заключение статьи хочется обратить внимание на один очень важный этап работы с автоматическим выключателем, о котором часто забывают. Это прогрузка или, другими словами, электрическая проверка всех заявленных производителем технических характеристик от постороннего источника в реальных рабочих условиях испытания с фиксацией результатов и составлением протокола.
Выполняют ее электротехнические лаборатории на своем оборудовании. Такая независимая проверка позволяет выявить все неисправности, которые могли появиться в автомате после его транспортировки или длительного хранения, включая и заводской брак.
