Выбор автомата по мощности нагрузки, сечению кабеля и по току: принципы и формулы для расчетов

Уже достаточно давно в современных домах перестали использовать пробки. Им на смену пришли более технологические устройства — автоматы, они же пакетники, хотя некоторые до сих пор именуют их по-прежнему пробками, но это неправильно, ведь принцип работы пробки и автомата несколько разный. Так как в этой статье мы будем рассматривать подбор автомата, в зависимости от сечения кабеля, то и о пробках речи не будет.

Итак, автомат представляет собой устройство, позволяющее размыкать электрическую цепь автоматическим путем в двух случаях:

• токовая перегрузка линии;
• возникновение короткого замыкания (КЗ).

В первом случае перегрузка возникает из-за неисправности электроприборов или их большого количества и удельной мощности. Во втором же случае, из-за замыкания, расход электроэнергии идет на нагрев проводов с максимально возможным током для этого участка. Кроме вышеуказанных случаев разрыва цепи автомат предоставляет возможность мануального управления. На корпусе устройства имеется рубильник, позволяющий размыкать цепь.

Предназначение автоматического выключателя — защита того участка электрической цепи для которой он установлен, а так же своевременное размыкание этого участка при возникающей перегрузке или коротком замыкании.

Возможная поправка сечения жилы на сопротивление линии

Любой проводник обладает собственным сопротивлением – об этом мы говорили в самом начале статьи, когда приводили значения удельного сопротивления материалов, меди и алюминия.
Оба этих металла обладают весьма достойной проводимостью, и на участках небольшой протяженности собственное сопротивление линии не оказывает сколь-нибудь значимого влияния на общие параметры цепи. Но если планируется прокладка линии большой протяженности, или, например, изготавливается удлинитель-переноска большой длины для работы на значительном удалении от дома, то собственное сопротивление желательно просчитать, и сравнить вызываемое им падение напряжения с напряжением питания. Если падение напряжения получается более 5% от номинала напряжения в цепи, правила эксплуатации электроустановок предписывают брать кабель с жилами большего сечения.

Например, изготавливается переноска для сварочного инвертора. Если сопротивление самого кабеля будет чрезмерным, провода под нагрузкой будут сильно перегреваться, а напряжения и вовсе может оказаться недостаточно для корректной работы аппарата.

Собственное сопротивление кабеля можно вычислить по формуле:

Rk = 2 × ρ × L / S

Rk — собственное сопротивление кабеля (линии), Ом;

2 — длина кабеля удваивается, так как учитывается весь путь прохождения тока, то есть «туда и обратно»;

ρ — удельное сопротивление материала жил кабеля;

L — длина кабеля, м;

S — площадь поперечного сечения жилы, мм².

Предполагается, что нам уже известно, с каким током придется иметь дело при подключении нагрузки — об этом уже не раз рассказывалось в настоящей статье.

Зная силу тока, несложно по закону Ома вычислить падение напряжения, а затем сравнить его с номиналом.

Ur = Rk × I

ΔU (%) = (Ur / Uном) × 100

Если проверочный результат получается более 5%, то следует увеличить сечение жил кабеля на один шаг.

Быстро провести такую проверку поможет еще один онлайн-калькулятор. Дополнительных пояснений он, думается, не потребует.

Калькулятор проверки падения напряжения на линии большой протяженности

Как уже говорилось, при значении до 5% можно ничего не менять. Если получается больше – увеличивается сечение жилы кабеля, также с последующей проверкой.

* * * * * * *

Итак, были рассмотрены основные вопросы, касающиеся необходимого сечения кабеля в зависимости от планируемой нагрузки на него. Читатель волен выбрать любой из предлагаемых способов расчета, какой ему больше понравится.

Завершим статью видеосюжетом на эту же тему.

Применение измерительных приборов

Для определения диаметра жил проводов и кабелей широко применяются различные измерительные приборы, показывающие наиболее точные результаты. В основном для этих целей практикуется использование микрометров и штангенциркулей. Несмотря на высокую эффективность, существенным недостатком данных устройств является их высокая стоимость, имеющая большое значение, если инструмент планируется задействовать всего 1-2 раза.

Как правило, специальными приборами пользуются электрики-профессионалы, постоянно занимающиеся электромонтажными работами. При грамотном подходе становится возможным измерение диаметра жил проводов даже на рабочих линиях. После получения необходимых данных остается только воспользоваться специальной формулой:

Результатом вычисления будет площадь круга, которая и есть сечение жилы провода или кабеля.

Для чего нужен автомат

Автоматические выключатели для квартиры, таунхауса, небольшого промышленного объекта обладают общим принципом работы.

Они оснащены двухступенчатой системой защиты:

1. Тепловая. Тепловой расцепитель выполнен из биметаллической пластины. При длительном действии со стороны тока высокой мощности повышается гибкость пластины, из-за чего она задевает выключатель.
2. Электромагнитная. Роль электромагнитного расцепителя играет соленоид. При регистрации повышенной мощности тока, на которую не рассчитан автомат и кабель, также срабатывает выключатель. Это уже защита от короткого замыкания.

АВ (общепринятое сокращение) защищает электросеть от нагревания изоляции и пожара

Именно по причине такой схемы работы важно знать, на сколько ампер ставить автомат в квартиру: если неправильно подобрать устройство, оно не сможет блокировать несоответствующий по мощности ток, и произойдет возгорание. Выбранный по всем рекомендациям АВ будет защищать от пожаров, ударов током, нагревания и сгорания микросхем домашних приборов

Важность время-токовой характеристики

Некоторые электрические приборы имеют высокий пусковой ток при включении. Его значение бывает выше номинального тока автомата, но действует он краткое время. Для электрического кабеля такой ток не представляет опасности (если его величина в разумных пределах соотносится с типом кабеля), но автомат может срабатывать при пусковом токе, воспринимая это как перегрузку.

Для того чтобы не происходило постоянных отключений из-за запуска устройств с высокими пусковыми токами, автоматы имеют разделение на типы по время-токовой характеристике.

Конструктивно автоматический выключатель состоит из двух расцепителей: электромагнитного и теплового.

Электромагнитный расцепитель предназначен для отключения устройства при коротком замыкании. Для работы такого механизма отключения в автомате используется электромагнитная катушка и соленоид. При многократном превышении значения электрического тока появляется магнитное поле в катушке, та задействует соленоид и он отключает автомат.

Автоматические выключатели имеют характеристику по току короткого замыкания (предельный ток отключения), которая по номиналу бывает в 3, 4,5, 6 и 10кА. Для бытовых целей при устройстве защиты в квартире или доме чаще всего применяют автоматы с номиналом тока КЗ 6кА.

Тепловой расцепитель – это пластина, состоящая из двух различных металлов. При длительной нагрузке, превышающей номинальный ток, эта пластина нагревается, выгибается, воздействует на рычаг расцепителя и устройство отключается. Главная задача такого механизма – защищать линию от долговременных перегрузок выше номинального тока автомата.

Чтобы не думать о том, какую нагрузку включить в розетку, не рассчитывать постоянно суммарную мощность приборов и не думать о пусковых токах была придумана характеристика по времени-току.

Данная характеристика показывает время и ток, которые влияют на отключение аппарата. На автоматах она указывается буквой В, С или D.

Автоматические выключатели с одинаковыми номиналами и различной время–токовой характеристикой будут отключаться в разное время и с разным током превышения.

Такое разделение автоматов является очень удобным и позволяет уменьшить количество ложных отключений.

В соответствии с ГОСТ Р 50345-2010 существует три стандарта время-токовых характеристик:

1. B – превышение в 3 — 5 раз от номинального тока, самые чувствительные автоматы имеют такую характеристику и применяются в сетях с приборами не имеющими больших пусковых токов.
2. C – превышение в 5 — 10 раз от номинального тока, самая популярные автоматы с такой характеристикой, они используются в квартирах и частных домах.
3. D – превышение в 10 — 20 раз от номинального тока, используется для защиты сетей с оборудованием имеющим высокие пусковые токи и кратковременные перегрузки.

Определяемся с номиналом

Собственно, из функций защитного автомата и следует правило определения номинала автомата защиты: он должен срабатывать до того момента, когда ток превысит возможности проводки. А это значит, что токовый номинал автомата должен быть меньше чем максимальный ток, который выдерживает проводка.

На каждую линию требуется правильно выбрать автомат защиты

Исходя из этого, алгоритм выбора автомата защиты прост:

• Рассчитываете сечение проводки для конкретного участка.
• Смотрите, какой максимальный ток выдерживает данный кабель (есть в таблице).
• Далее из всех номиналов защитных автоматов выбираем ближайший меньший. Номиналы автоматов привязаны к допустимым длительным токам нагрузки для конкретного кабеля — они имеют немного меньший номинал (есть в таблице). Выглядит перечень номиналов следующим образом: 16 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А. Вот из этого списка и выбираете подходящий. Есть номиналы и меньше, но они уже практически не используются — слишком много электроприборов у нас появилось и имеют они немалую мощность.

Пример

Алгоритм очень прост, но работает безошибочно. Чтобы было понятнее, давайте разберем на примере. Ниже приведена таблица в которой указаны максимально допустимый ток для проводников, которые используют при прокладке проводки в доме и квартире. Там же даны рекомендации относительно использования автоматов. Они даны в колонке «Номинальный ток автомата защиты». Именно там ищем номиналы — он немного меньше предельно допустимого, чтобы проводка работала в нормальном режиме.

В таблице находим выбранное сечение провода для данной линии. Пусть нам необходимо проложить кабель сечением 2,5 мм2 (наиболее распространенный при прокладке к приборам средней мощности). Проводник с таким сечением может выдержать ток в 27 А, а рекомендуемый номинал автомата — 16 А.

Как будет тогда работать цепь? До тех пор, пока ток не превышает 25 А автомат не отключается, все работает в штатном режиме — проводник греется, но не до критических величин. Когда ток нагрузки начинает возрастать и превышает 25 А, автомат еще некоторое время не отключается — возможно это стартовые токи и они кратковременны. Отключается он если достаточно длительное время ток превысит 25 А на 13%. В данном случае — если он достигнет 28,25 А. Тогда электропакетник сработает, обесточит ветку, так как это ток уже представляет угрозу для проводника и его изоляции.

Расчет по мощности

Можно ли выбрать автомат по мощности нагрузки? Если к линии электропитания будет подключено только одно устройство (обычно это крупная бытовая техника с большой потребляемой мощностью), то допустимо сделать расчет по мощности этого оборудования. Так же по мощности можно выбрать вводный автомат, который устанавливается на входе в дом или в квартиру.

Если ищем номинал вводного автомата, необходимо сложить мощности всех приборов, которые будут подключены к домовой сети. Затем найденная суммарная мощность подставляется в формулу, находится рабочий ток для этой нагрузки.

Формула для вычисления тока по суммарной мощности

После того, как нашли ток, выбираем номинал . Он может быть или чуть больше или чуть меньше найденного значения. Главное, чтобы его ток отключения не превышал предельно допустимый ток для данной проводки.

Когда можно пользоваться данным методом? Если проводка заложена с большим запасом (это неплохо, кстати). Тогда в целях экономии можно установить автоматически выключатели соответствующие нагрузке, а не сечению проводников

Но еще раз обращаем внимание, что длительно допустимый ток для нагрузки должен быть больше предельного тока защитного автомата. Только тогда выбор автомата защиты будет правильным

Что важно знать при подключении электроприборов

Итак, рассчитав примерный номинал требуемого автомата нужно дать разъяснения касательно мощностей. Многие задаются вопросом о том, а можно ли включать сильно мощные электроприборы в обычную розетку, например, такие, как электрокотел.

Согласно правилам ПУЭ, подключение электрокотла мощностью более 3 кВт в обычную розетку недопустимо. Да и каждая розетка обладает своими определёнными характеристиками. Чаще всего домашние розетки идут на 16 ампер, а, следовательно, подключать к ним электроприборы допускается мощностью не более чем в 3,5 кВт.

Поэтому любой, мало-мальски мощный электроприбор, необходимо подсоединять только через отдельный автомат. Причём к автоматическому выключателю подводится именно фазный провод, а не рабочий ноль. Таким образом, зная примерную мощность оборудования, можно легко рассчитать номинал автоматического выключателя.

Расчет допустимой силы тока по нагреву жил

Если выбран проводник подходящего сечения, это исключит падение напряжения и перегревы линии. Таким образом, от сечения зависит то, насколько оптимальным и экономичным будет режим работы электрической сети. Казалось бы, можно просто взять и установить кабель огромного сечения. Но стоимость медных проводников пропорциональна их сечению, и разница при монтаже электропроводки уже в одной комнате может насчитывать несколько тысяч рублей

Поэтому важно уметь правильно рассчитывать сечение кабеля: с одной стороны, вы гарантируете безопасность эксплуатации сети, с другой стороны, не потратите лишних средств на приобретение чересчур «толстого» проводника

Для выбора сечения провода нужно учитывать два важных критерия — допустимые нагрев и потерю напряжения. Получив два значения площади сечения проводника при использовании разных формул, выбирайте большую величину, округлив ее до стандартной. Особенно чувствительны к потере напряжения воздушные линии электропередач

В то же время для подземных линий и кабеля, помещенного в гофрированные трубы, важно учитывать допустимый нагрев. Таким образом, сечением должно определяться в зависимости от разновидности проводки

Допустимые температуры нагрева токопроводящих жил кабелей

Iд — допустимая нагрузка на кабель (ток по нагреву). Эта величина соответствует току, в течение долгого времени протекающего по проводнику. В процессе этого появляется установленные, длительно допустимая температура (Tд). Расчетная сила тока (Iр) должна соответствовать допустимой (Iд), и для ее определения нужно воспользоваться формулой:

Iр=(1000*Pн*kз)/√(3*Uн*hд*cos j),

где:

• Pн — номинальная мощность, кВт;
• Kз — коэффициент загрузки (0,85-0,9);
• Uн — номинальное напряжение оборудования;
• hд — КПД оборудования;
• cos j — коэффициент мощности оборудования (0,85-0,92).

Даже если брать во внимание одинаковые токовые величины, тепловая отдача будет разной в зависимости от температуры окружающей среды. Чем ниже температура, тем эффективнее теплоотдача

Поправочные коэффициенты кабеля в зависимости от температуры окружающей среды

Температура отличается в зависимости от региона и времени года, поэтому в ПУЭ можно найти таблицы для конкретных значений. Если температура существенно отличается от расчетной, придется использовать коэффициенты поправки. Базовое значение температуры в помещении или снаружи составляет 25 градусов Цельсия. Если кабель прокладывается под землей, то температура изменяется на 15 градусов Цельсия. Однако именно под землей она остается постоянной.

Какие действуют тарифы для сельской местности и для города?

В значительной степени тарифы на электроэнергию зависят от местности, в которой потребитель проживает (город либо сельская местность). Так, тариф в сельской местности будет на 30% дешевле, чем в городской черте.

Этот момент имеет свои нюансы, а именно: действие сниженного (льготного) тарифа применяется лишь в населенных пунктах сельских. Тогда как в случае, когда поселок, как дачный, так и коттеджный (к примеру: ДНТ, СНТ и пр.) статуса сельского муниципального образования не имеет(не находится в черте сельского населенного пункта), то жителям придется платить за электричество по тарифам, предусмотренным для города. Это же правило в полной мере относится и к ПГТ (поселкам городского типа). Хоть уровень жизни в них, впрочем, как и их благоустройство не имеет существенных отличий от деревень и сел, но жители таких ПГТ должны платить за потребленное электричество по тарифам, предусмотренным для города.

В дополнение к вышеизложенной информации предлагаем читателям посмотреть видео, которое подскажет, как именно рассчитать стоимость 1 кВт электроэнергии и из чего складывается эта сумма.

В заключение следует отметить, что оплачивать счета за электроэнергию следует в установленный срок и по тарифам, которые предусмотрены в конкретном регионе. Лишь в этом случае никаких проблем с контролирующими органами у абонентов возникать не будет.

Напряжение

230/400V — надписи номинального напряжения, где может применяться данный автомат.

Если там стоит значок 230V (без 400V), эти аппараты нужно использовать только в однофазных сетях. Вы не сможете поставить в ряд два или три однофазных выключателя и подать таким образом 380В на двигательную нагрузку или трехфазный насос, либо вентилятор.

Еще внимательно изучайте двухполюсные модели. Если у них на одном из полюсов написана буква «N» (не только дифавтоматы), то именно сюда подключается нулевая жила, а не фазная.

Они и называются несколько иначе. Например ВА63 1П+N.

Значок волны означает — для работы в сетях переменного напряжения.

На постоянное напряжение и ток, такие аппараты лучше не ставить. Характеристики его отключения и результат работы при КЗ, будут не предсказуемы.

Выключатели на постоянный ток и напряжение, помимо значка в виде прямой линии, могут иметь на своих клеммах характерные надписи «+» (плюс) и «-» (минус).

Причем правильное подключение полюсов здесь критично. Это связано с тем, что условия гашения дуги на постоянном токе несколько тяжелее.

Если на переменке происходит естественное гашение дуги при переходе синусоиды через ноль, то на постоянке, синусоида как таковая отсутствует. Для устойчивого гашения дуги в них применяется магнит, устанавливаемый вблизи дугогасительной камеры.

Что приведет к неминуемому разрушению корпуса.

Количество полюсов

По количеству полюсов автоматы бывают:

1. Однополюсные (1п, 1p). Это самой распространенный тип. Он стоит в цепи и защищает один провод, одну фазу. Такой изображен в начале статьи.
2. Двухполюсные (2п, 2p). В данном случае – это два однополюсных автомата, с объединенным выключателем (ручкой). Как только ток через один из автоматов превысит допустимое значение, отключатся оба. Применяются такие в основном для полного отключения однофазной нагрузки, когда рвется и ноль, и фаза. Именно двухполюсные автоматы применяются на вводе в наши квартиры.
3. Трехполюсные (3п, 3p). Применяются для разрыва и защиты трехфазных цепей. Так же, как и в случае с двухполюсными, фактически это три однополюсных автомата, с общей ручкой включения/выключения.
4. Четырехполюсные (4п, 4p). Встречаются редко, устанавливаются в основном на вводе трехфазных РУ (распределительных устройств) для разрыва не только фаз (L1, L2, L3), но и рабочего нуля (N). Внимание! Провод защитного заземления (РЕ) ни к коем случае разрывать нельзя!

Защита слабого звена электроцепи

Кроме сечения при выборе подходящей кабельной продукции обращают внимание на реальные условия эксплуатации. Нормированные значения приведены для нагрева до температуры не выше +60°C

При монтаже линии на участке возле загородного дома необходимо предусмотреть защиту от влажности, других неблагоприятных внешних воздействий.

Внимательно проверяют все части электрической сети. Базовое правило – надежная защита с учетом показателей участка с худшими параметрами. Следует учитывать, что медь рассчитана при одинаковом сечении на большие нагрузки по сравнению с алюминием. Определенное значение имеет чистота металла. По мере увеличения примесей ухудшается проводимость, увеличиваются потери на бесполезный и опасный нагрев.

Устройство внутриквартирной разводки

• вводный автомат нужно поставить до счетчика;
• за прибором контроля монтируют общее устройство защитного отключения (УЗО);
• далее оснащают автоматическими выключателями (АВ) отдельные линии.

УЗО предотвращает аварии, которые провоцируют токи утечки. В некоторых ситуациях препятствует поражению электрическим током. Однако комплексные защитные мероприятия выполняют с помощью автоматических выключателей. Обязательно применяют эффективное заземление.

Как правило, на кухне удобно ставить несколько групп для равномерного распределения нагрузок. Особенно внимательно рекомендуется подбирать распределение мощных потребителей:

• варочные панели;
• духовые шкафы;
• котлы отопления, бойлеры, проточные нагреватели;
• электрические конвекторы, тепловые пушки;
• кондиционеры.

Схема проводки отличается древовидной структурой. От делают необходимые отводы «ветки» для подсоединения розеток и выключателей.

Номиналы автоматов по току таблица

Для того, чтобы защитить линию от перегрузки и короткого замыкания нужно тщательно и правильно выбрать номинал автомат по току. Вот, например, если вы защищаете линию с кабелем 2,5 кв.мм. автоматом на 25А и одновременно включили несколько мощных бытовых приборов, то ток может превысить номинал автомата, но при значении меньше 1,45 автомат может работать около часа.

Если тока будет 28 А, то изоляция кабеля начнет плавиться (так как допустимый ток только 25А), это приведет к выходу из строя, пожару и другим печальным последствиям.

Поэтому таблица автоматов по мощности и току выглядит следующим образом:

Нюансы, которые нужно учитывать

Точно знать, какие бытовые приборы будут в доме или квартире, не может никто. По этой причине следует:

• повысить суммарную расчетную мощность трехфазного дифавтомата на 50 %, или применять коэффициент повышения 1,5;
• понижающий коэффициент учитывается, когда в помещении не хватает розеток для одновременного подключения техники;
• для простоты расчетов нагрузку стоит разделить на группы;
• мощные приборы стоит подключить отдельно с учетом маломощной нагрузки;
• для вычисления маломощной нагрузки мощность понадобится разделить на напряжение;
• проводка – основной фактор, на который ориентируются при выборе автоматического 3-фазного выключателя; старые алюминиевые провода выдерживают 10 А, но если их взять для розеток на 16 А, могут расплавиться;
• в бытовых условиях чаще всего применяются модели с токовым номиналом 6, 16, 25, 32 и 40 А.

Источник

Номиналы автоматических выключателей по току

• уточняют схему подключения потребителей;
• собирают паспортные данные техники, измеряют напряжение;
• по представленной схеме рассчитывают отдельно, суммируют токи в отдельных цепях;
• для каждой группы надо подобрать автомат, который будет выдерживать соответствующую нагрузку;
• определяют кабельную продукцию с подходящим сечением проводника.

Правила выбора номинала

Для корректных выводов надо учитывать особенности подключаемого оборудования. Если по расчету суммарный ток составляет 19 ампер, пользователи предпочитают покупать аппарат на 25А. Это решение предполагает возможность применения дополнительных нагрузок без существенных ограничений.

Однако в некоторых ситуациях лучше выбрать автоматический выключатель на 20А. Этим обеспечивают относительно меньшее время на отключения питания при росте тока (повышении температуры) биметаллическим разъединителем

Такая предосторожность поможет сохранить в целостности обмотки электродвигателя при блокировке вращения ротора заклинившим приводом

Разное время срабатывания пригодится для обеспечения селективной работы средств защиты. На линиях устанавливают устройства с меньшей задержкой. При аварийной ситуации отсоединяется от электричества только поврежденная часть. Вводной автомат не успеет отключиться. Питание по другим цепям пригодится для поддержания в работоспособном состоянии освещения, сигнализации, других инженерных систем.