Выбор автомата защиты: по току, нагрузке, сечению провода

Для чего служит автомат

В цепи питания установлен автомат для предотвращения перегрева проводов. Любой провод рассчитан на прохождение определенного тока. Если проходящий ток превышает это значение, то проводник начинает слишком сильно нагреваться.

Если такая ситуация сохраняется достаточное время, провода начинают плавиться, что приводит к короткому замыканию. Для предотвращения такой ситуации устанавливается автоматический выключатель.

Необходим мешок или автоматический выключатель для предотвращения перегрева проводников и отключения в случае короткого замыкания

Второй задачей автоматического выключателя является отключение тока при возникновении тока короткого замыкания (КЗ). При замыкании токи в цепи многократно возрастают и могут достигать тысяч ампер. Для того чтобы они не разрушили провода и не повредили оборудование, включенное в линию, автоматический выключатель должен отключить ток как можно быстрее — как только ток превысит определенный предел.

Чтобы автоматический выключатель правильно выполнял свои функции, необходимо правильно подобрать автомат по всем параметрам. Их не так уж и много – всего три, но с каждым надо разобраться.

Что еще нужно учитывать при выборе кабеля и автомата?

Помимо вышеперечисленных, существует множество факторов, влияющих на выбор сечения кабеля и номинала автомата. Я приведу их единым списком, так как они тесно связаны между собой.

Потери напряжения на кабеле

Это особенно важно учитывать на длинных линиях. Например, если вам необходимо подключить розетку на расстоянии 100 м, необходимо использовать кабель с сечением ТПЖ не менее 4 мм2. Но тогда приходится выбирать номинал АБ, ориентируясь на ток нагрузки (обычно 16 А) и малый ток короткого замыкания в конце линии.

Ток КЗ

Если он низкий, то отключение по току может занять очень много времени или вообще не произойти. Чтобы все работало как надо, надо либо увеличивать сечение кабеля, либо уменьшать номинал и «букву» АВ. Я подробно обсуждал эту тему в статье «Ток короткого замыкания: размер имеет значение!».

Ток нагрузки

Прежде всего, розетка является нагрузкой для кабеля. И, как я уже говорил, можно ориентироваться на самое слабое звено в цепочке — розетку или то, что к ней будет подключено. Поэтому установка на линии автомата по розетке считается хорошим тоном в электрике.

Подключение освещения

То же, что и в предыдущем пункте — если люстра или группа светильников потребляет ток менее 1 А, то какой смысл ставить на эту световую линию автомат на 16 А с кабелем 1,5 мм2? 6 или 4 А достаточно.

Пусковые токи

Светодиодные лампы имеют высокий пусковой ток, это необходимо знать при выборе класса АВ. В особо тяжелых случаях приходится думать о характеристике отключения АВ или делить нагрузку на несколько линий.

Способ прокладки

Если вы хотите погрузиться в море способов прокладки и применимых к ним коэффициентов, пожалуйста: ГОСТ Р 50571.5.52-2011, Приложения Б, В. См также ПУЭ-7, гл.1.3.

Температура окружающей среды

Нагрев АБ и кабелей от внешних источников тепла учитывается с помощью поправочных коэффициентов, которые можно узнать у производителей и в ГОСТах. При нагреве номинальный ток AB и допустимый ток в кабеле уменьшаются. С охлаждением наоборот. Например, при -5°С кабель сечением 2,5 мм2 может пропускать ток до 50 А (соответственно подбирается автомат).

Групповая установка автоматов

Механизм тот же, что и в предыдущем пункте — если поставить много автоматов рядом, то они будут взаимно греть друг друга и их номинальные токи будут уменьшаться. То есть график BTX сдвинется влево.

Запас

Надежность и безопасность важны. Никогда нельзя надеяться, что кабель и машины, а также условия окружающей среды и прокладки действительно будут такими же, как в теории. Если что-то плохое может случиться, оно обязательно произойдет. И в наших силах снизить вероятность негативных событий всеми разумными методами.

Функции автоматического выключателя

Как следует из названия, это переключатель, который выключается автоматически. То есть самостоятельно в определенных случаях. Из второго названия — машина защиты — интуитивно понятно, что это некое автоматическое устройство, которое что-то защищает.

Вот примеры установки и использования таких автоматов — при установке квартирного счетчика и при замене электропроводки в квартире .

Теперь больше. Автоматический выключатель отключается и отключается в двух случаях — при перегрузке по току и при коротком замыкании (КЗ).

Перегрузка по току возникает из-за неисправности потребителей или при слишком большом количестве потребителей. Короткое замыкание – это режим, когда вся мощность электрической цепи используется для нагрева проводов, при этом ток в этой цепи максимально возможный. Более подробная информация будет следовать.

Кроме защиты (автоматического отключения) автоматы могут использоваться для ручного отключения нагрузки. То есть как рубильник или обычный «продвинутый» выключатель с дополнительными опциями.

Количество полюсов

По количеству полюсов автоматы бывают:

• Однополюсный (1п, 1п). Это самый распространенный тип. Он стоит в цепи и защищает один провод, одну фазу. Это показано в начале статьи.
• Биполярный (2п, 2п). В данном случае это два однополюсных автомата, с комбинированным выключателем (ручкой). Как только ток через один из автоматов превысит допустимое значение, оба будут отключены. В основном используются для полного отключения однофазной нагрузки при обрыве как нейтрали, так и фазы. На входе в наши квартиры стоят биполярные автоматы.
• Трехполюсный (3п, 3п). Они используются для разрыва и защиты трехфазных цепей. Как и в случае с биполярным, это фактически три однополярных аппарата с общей ручкой включения/выключения.
• Четырехполюсный (4п, 4п). Встречаются редко, устанавливаются в основном на вводе трехфазных выключателей (коммутационного оборудования) для обрыва не только фаз (L1, L2, L3), но и рабочего нуля (N).

Обратите внимание на следующее! Провод защитного заземления (PE) никогда не должен прерываться!

Ток автоматического выключателя

Номинальные тепловые токи для автоматов происходят из следующего ряда:

0,5, 1, 1,6, 2, 3,15, 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63.

Жирным шрифтом выделены номиналы, наиболее часто употребляемые в быту. Есть и другие номиналы, но о них мы сейчас не будем.

Этот ток для автоматического выключателя является номинальным. При его превышении переключатель выключается. Правда, не сразу, как описано ниже:

Шаг #1 — определение мощности автомата

При выборе автомата важно учитывать суммарную мощность подключаемых устройств.

Например, вам нужен автомат для подключения кухонной техники к электросети. Допустим, к розетке подключены кофеварка (1000 Вт), холодильник (500 Вт), духовка (2000 Вт), микроволновая печь (2000 Вт), чайник (1000 Вт). Суммарная мощность будет равна 1000+500+2000+2000+1000=6500 (Вт) или 6,5 кВ.

В таблице указана мощность некоторых бытовых приборов, которые требуются для работы. По нормативным данным сечение сетевого шнура выбирается для блока питания и автоматический выключатель для защиты шнура

Если посмотреть таблицу автоматов по мощности подключения, учесть, что стандартное линейное напряжение в домашних условиях составляет 220 В, то для работы подойдет однополюсный или двухполюсный автомат на 32А суммарной мощностью 7 кВт.

Следует учесть, что может понадобиться большое энергопотребление, так как в процессе эксплуатации может возникнуть необходимость подключения других электроприборов, не учтенных изначально. Чтобы предусмотреть эту ситуацию, при расчете общего потребления используется коэффициент умножения.

Предположим, за счет добавления дополнительного электрооборудования потребовалось увеличение мощности на 1,5 кВт. Затем нужно взять коэффициент 1,5 и умножить его на расчетную мощность.

В расчетах иногда целесообразно использовать понижающий коэффициент. Применяется, когда одновременное использование нескольких устройств невозможно.

Допустим, общая мощность электропроводки для кухни составила 3,1 кВт. Тогда понижающий коэффициент равен 1, так как учитывается минимальное количество устройств, которые подключаются одновременно.

Если одно из устройств не может быть подключено к другим, понижающий коэффициент принимается меньше единицы.

Шаг #2 — расчет номинальной мощности автомата

Номинальная мощность – это мощность, при которой провода не отключаются.

Он рассчитывается по формуле:

M = N * CT * cos(φ),

Где

• М — мощность (Ватт);
• N – напряжение сети (Вольт);
• ST — ток, который может пройти через автомат (Ампер);
• cos(φ) — значение косинуса угла, принимающего значение угла сдвига между фазами и напряжением.

Значение косинуса обычно равно 1, так как практически отсутствует сдвиг между фазами тока и напряжения.

Из формулы выражаем ST:

КТ=М/Н,

Мощность мы уже определили, а напряжение в сети обычно 220 вольт.

Если общая мощность 3,1 кВт, то:

КТ = 3100/220 = 14.

Результирующий ток будет 14 А.

Для расчета с трехфазными нагрузками используется та же формула, но учитываются угловые перемещения, которые могут достигать больших значений. Обычно они указаны на подключаемом оборудовании.

Шаг #3 — вычисление номинального тока

Рассчитать номинальный ток можно по документации на электропроводку, но если его нет, его определяют исходя из характеристик проводника.

Для расчетов необходимы следующие данные:

• площадь поперечного сечения проводника;
• материал, используемый для сердечников (медь или алюминий);
• способ укладки.

В бытовых условиях провода обычно укладывают в стену. Для расчета площади поперечного сечения понадобится микрометр или штангенциркуль. Нужно мерить только токопроводящую жилу, а не провод и изоляцию

Сделав необходимые замеры, вычисляем площадь сечения:

S = 0,785 * Д * Д,

Где

• D – диаметр проводника (мм);
• S — площадь поперечного сечения проводника (мм2).

Затем воспользуемся приведенной ниже таблицей.Определив, из какого материала были изготовлены жилы проводников, и рассчитав площадь поперечного сечения, можно определить показатели силы тока и мощности, которые выдерживают электрические провода. Данные приведены для скрытой в стене проводки

Учитывая полученные данные, подбираем рабочий ток автомата, а также его номинальное значение. Он должен быть равен или меньше рабочего тока. В ряде случаев допустимо применение автоматов с номиналом, превышающим действующий ток провода.

Шаг #4 — определение время-токовой характеристики

Для правильного определения ВТХ необходимо учитывать пусковые токи подключаемых нагрузок.

По таблице можно определить силу тока (в амперах) при включении прибора, а также период, через который снова возникнет предельный ток.

Например, если взять электрическую мясорубку мощностью 1,5 кВт, рассчитать для нее рабочий ток по таблицам (будет 6,81 А) и учесть кратность пускового тока (до 7 раз), мы получаем текущее значение 6,81 * 7 = 48 (А).

Ток этой мощности течет с частотой 1-3 секунды. Рассматривая графики ВТК для класса В, видно, что при перегрузке автоматический выключатель сработает в первые секунды после запуска мясорубки.

Очевидно, что разнообразие этого устройства соответствует классу С, поэтому для обеспечения работы электрической мясорубки необходимо использовать автомат с характеристикой С.

Для бытовых нужд обычно применяют выключатели, соответствующие характеристикам В, С. В промышленности для оборудования с большими кратными токами (двигатели, блоки питания и т п.) создается ток до 10 раз, поэтому целесообразно использовать D модификации устройства.

Однако следует учитывать мощность таких устройств, а также длительность пускового тока.

Автономные автоматизированные выключатели отличаются от обычных тем, что устанавливаются в отдельных распределительных щитах.

Функция устройства заключается в защите цепи от непредвиденных скачков напряжения, отключения электроэнергии в целом или определенной части сети.

Время-токовые характеристики

Очевидно, что машина не всегда сразу выключается, и иногда ей приходится «подумать и принять решение» или дать нагрузке возможность вернуться в нормальное состояние.

Времятоковая характеристика показывает, через какое время и при каком токе автомат выключится. Эти характеристики также называются кривыми отключения или ток-временными характеристиками. Точнее, так как от силы тока зависит время, через которое автомат отключится.

Кривые отключения или характеристики тока во времени Кривые отключения или характеристики тока во времени

Позвольте мне объяснить эти графики. Как я уже говорил выше, автоматический выключатель имеет два вида защиты — тепловую (от перегрузки по току) и электромагнитную (от короткого замыкания). На графике работы по теплозащите — неуклонно уменьшающаяся часть. Электромагнитный — кривая резко обрывается.

Тепловой работает медленно (например, если ток превысит номинал в два раза, автомат отключится примерно через минуту), а электромагнитный — сразу. Для графика Б этот момент «начинается» при превышении тока над номинальным значением в 3-5 раз, для категории С — в 6-10 раз, для Г (не показано, т.к в быту не используется) — в 10-20 раз раз.

Как это работает — можете себе представить, что будет, если ток превысит номинал в 5 раз, а защита будет с характеристикой «С», как во всех домах. Автомат выключится только через 1,5-9 секунд, как назло. Через 9 секунд изоляция расплавится и провода придется менять. Поэтому в этом случае лучше короткое замыкание, чем перегрузка.

Для бытовых целей лучше выбирать времятоковую характеристику «В», так как пусковые токи в квартире кратковременны и малы, а токи КЗ в квартирах, а тем более в частном секторе, небольшой.

Какие бывают автоматы защиты

Для защиты проводников однофазной сети 220 В различают однополюсные и двухполюсные устройства отключения. К однополюсным подключается только один проводник – фазный, к двухполюсным – фазный и нейтральный.

Однополюсные автоматы монтируются на цепи внутреннего освещения 220 В, на группы розеток в помещениях с нормальными условиями эксплуатации. Также их ставят на некоторые виды нагрузки в трехфазных сетях, подключая одну из фаз.

Для трехфазных сетей (380 В) бывают трех и четырехполюсные. Эти автоматические выключатели (правильное название — автоматический выключатель) ставят на трехфазную нагрузку (духовки, плиты и другое оборудование, работающее от сети 380 В).

В помещениях с повышенной влажностью (ванная, сауна, бассейн и т д.) устанавливаются двухполюсные автоматические выключатели. Также их рекомендуется устанавливать на мощную технику – на стиральные и посудомоечные машины, бойлеры, духовые шкафы и так далее

Просто в аварийных ситуациях — при КЗ или пробое изоляции — на нулевой провод может попасть фазное напряжение. Если на линии электропередач установить однополюсный прибор, он отключит фазную линию, а ноль с опасным напряжением останется подключенным.

Так что есть вероятность поражения электрическим током при контакте. То есть выбор автомата прост — на некоторых линиях ставятся однополюсные выключатели, на некоторых — двухполюсные. Точная сумма зависит от состояния сети.

Автоматы для однофазной сети

Для трехфазной сети предусмотрены трехполюсные автоматические выключатели. Такой автомат ставится на вводе и у потребителей, к которым подведены все три фазы — электроплита, трехфазная варочная поверхность, духовка и т д. На остальных потребителях устанавливаются двухполюсные автоматические выключатели. Они обязательно должны отключать и фазу, и нейтраль.

Пример трехфазного сетевого кабеля — виды автоматических выключателей

Выбор номинала автоматического выключателя не зависит от количества подключаемых к нему проводов.

Читайте также: Высоковольтный выключатель: назначение, типы и конструкции

Определяемся с номиналом

Фактически из функций автоматического выключателя следует правило определения характера автоматического выключателя: он должен работать до тех пор, пока ток не превысит проводимости. А это значит, что ток на автомат должен быть меньше максимального тока, который могут выдержать провода.

Для каждой линии необходимо выбрать правильный автоматический выключатель

Исходя из этого, алгоритм выбора автоматического выключателя прост:

• Рассчитать сечение проводов для конкретного участка.
• Посмотрите, какой максимальный ток выдерживает этот кабель (он указан в таблице).
• При этом из всех номиналов автоматических выключателей выбираем ближайший меньший. Номиналы автоматов связаны с допустимыми длительными токами нагрузки для конкретного кабеля — у них номинал несколько ниже (он есть в таблице). Список номиналов выглядит так: 16 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А. Выберите нужный из этого списка. Есть номиналы и помельче, но они уже практически не используются — электроприборов у нас слишком много и мощность у них немалая.

Пример

Алгоритм очень простой, но работает безотказно. Чтобы было понятнее, давайте рассмотрим пример. Ниже приведена таблица с указанием максимально допустимого тока для проводников, используемых при прокладке кабеля в домах и квартирах.

Также есть рекомендации по использованию машин. Они приведены в графе «Номинальный ток автоматического выключателя». Именно там и ищем номиналы — он чуть меньше максимально допустимого, чтобы провод работал в штатном режиме.

1,5 кв.мм	19 А	4,1 кВт	10 А	16 А	освещение и сигнализация
2,5 кв.мм	27 А	5,9 кВт	16 А	25 А	розеточные группы и электрические теплые полы
4 кв.м	38 А	8,3 кВт	25 А	32 А	кондиционеры и водонагреватели
6 кв м	46 А	10,1 кВт	32 А	40 А	электрические плиты и духовки
10 кв.мм	70 А	15,4 кВт	50 А	63 А	вводные строки

В таблице находим выбранное сечение кабеля для этой линии. Предположим, нам нужно проложить кабель сечением 2,5 мм2 (наиболее распространенный при добавлении устройств средней мощности). Проводник с таким сечением выдерживает ток силой 27 А, а рекомендуемый номинал автомата 16 А.

Как тогда будет работать цепочка? Пока ток не превышает 25 А, автомат не выключается, все работает в штатном режиме — проводник нагревается, но не до критических значений. Когда ток нагрузки начинает увеличиваться и превышает 25 А, автомат некоторое время не выключается — возможно, это пусковые токи и они кратковременны.

Он отключается, если ток превышает 25 А на 13% в течение достаточно длительного времени. В этом случае, если он достигнет 28,25 А. Тогда сработает электросумка, отключите ветку, так как этот ток уже представляет угрозу для проводника и его изоляции.

Расчет по мощности

Можно ли выбрать автомат по мощности нагрузки? Если к питающей сети подключено только одно устройство (обычно это крупный бытовой прибор с большой потребляемой мощностью), допускается производить расчет исходя из мощности этого оборудования. Также по мощности можно выбрать вводной автомат, который устанавливается на входе в дом или квартиру.

Если искать значение вводного автомата, то необходимо сложить мощность всех устройств, подключаемых к домашней сети. Затем подставляя найденную полную мощность в формулу, находят рабочий ток для этой нагрузки.

Формула расчета тока от полной мощности

После того, как находим ток, выбираем значение. Оно может быть как чуть больше, так и чуть меньше найденного значения. Самое главное, чтобы ток срабатывания не превышал максимально допустимого тока для этого провода.

Когда можно использовать этот метод? Если провода проложены с большим запасом (это кстати неплохо). Тогда для экономии можно установить автоматические выключатели, соответствующие нагрузке, а не сечению проводников.

Но еще раз отметим, что длительно допустимый ток для нагрузки должен быть больше предельного тока автоматического выключателя. Только тогда выбор автоматического выключателя будет правильным.

Выбираем отключающую способность

Подбор сальниковой коробки по максимально допустимому току нагрузки описан выше. Но автоматический выключатель должен отключаться и при возникновении короткого замыкания (КЗ) от электросети. Это свойство называется отключающей способностью.

Он указывается в тысячах ампер — такого порядка могут достигать токи при коротком замыкании. Выбор машины по отключающей способности не представляет большой сложности.

Эта характеристика показывает, при каком максимальном значении тока короткого замыкания автомат остается в работе, то есть может не только отключиться, но и будет работать после повторного включения. Эта характеристика зависит от многих факторов, и для точного подбора необходимо определить токи короткого замыкания.

А вот для электропроводки в доме или квартире такие расчеты производятся очень редко, а контролируются удаленностью от подстанции.

Отключающая способность автоматических выключателей

Если сетевая станция находится возле входа в ваш дом/квартиру, берут автомат с отключающей способностью 10 000 А, для всех остальных городских квартир достаточно 6 000 А и отключающей способностью 4 500 А.

Сети здесь обычно старые и токи короткого замыкания не велики. А поскольку цена значительно возрастает с увеличением пропускной способности трещины, можно применить принцип разумной экономии.

Можно ли устанавливать пакеты с меньшей отключающей способностью в городских квартирах. В принципе можно, но никто не гарантирует, что после первого замыкания не нужно будет его менять. Он может успеть отключиться от сети, но будет при этом бесполезен. В худшем случае оплавятся контакты и автомат не успеет отключиться. Тогда провода расплавятся и может произойти пожар.

Тип электромагнитного расцепителя

Автомат должен работать, когда ток поднимается выше определенной отметки. Но сеть периодически испытывает кратковременные перегрузки. Обычно они связаны с входными токами.

Например, такие перегрузки могут наблюдаться при включении компрессора холодильника, двигателя стиральной машины и т д. При таких временных и кратковременных перегрузках автоматический выключатель не должен отключаться, т.к операция.

Но если ток увеличился не из-за перегрузки, а из-за короткого замыкания, то контакты расплавятся за время «ожидания» автоматического выключателя. Вот почему это электромагнитный автоматический выпуск. Он работает при определенном значении тока, которое уже не может быть перегрузкой.

Этот показатель еще называют током отсечки, так как в этом случае выключатель отключает провод от источника питания. Величина тока отключения может быть разной и обозначается буквами перед цифрами, указывающими на класс машины.

Существует три наиболее распространенных типа:

• Б — работает при превышении номинального тока в 3-5 раз;
• С — при превышении в 5-10 раз;
• Д — если более 10-20 раз.
  Автоматический или прерывающий текущий урок

С какой характеристикой выбрать пакет? В этом случае выбор автоматического выключателя также основывается на удаленности вашего домовладения от подстанции и состоянии электросети, выбор автоматического выключателя осуществляется по простым правилам:

• С литерой «В» на коробке подходят для дач, домов в сельской местности и поселках, получающих электроэнергию по воздуховодам. Также их можно устанавливать в квартирах в старых домах, где не проводилась реконструкция электросети дома. Эти автоматические выключатели не всегда есть в продаже, стоят чуть дороже категории С, но возможна доставка под заказ.
• Сумки с буквой «С» на корпусе являются наиболее часто используемым вариантом. Устанавливаются в сетях с нормальным состоянием, подходят для квартир в новостройках или после капитального ремонта, в частных домах вблизи подстанции.
• Класс D устанавливается в компаниях, в мастерских с оборудованием, имеющим высокий пусковой ток.

Это означает, что выбор автоматического выключателя в данном случае прост – в большинстве случаев подходит тип С. Его можно найти в магазинах в большом ассортименте.

Каким производителям стоит доверять

И, наконец, обратим внимание на производителей. Выбор машины нельзя считать законченным, если вы не подумали о том, какую марку выключателей купить. Категорически не стоит брать неизвестные фирмы — электрика не та область, где можно экспериментировать.