Как правильно выбрать номиналы автоматов по току: основы выбора

Автоматические выключатели, предназначенные для отключения электричества в случае перегрузок или коротких замыканий, устанавливаются на входе в любую электросеть вашего дома. Правильный выбор номинала выключателя по току является критически важным, иначе он не сможет выполнять свои функции должным образом. Вы согласны?

В данном материале мы подробно объясним, как осуществляется расчет параметров автоматических выключателей и на что стоит обратить внимание при их подборе. Вы сможете выбрать подходящее устройство для защиты своей электросети, основываясь на предоставленных рекомендациях, что поможет избежать проблем в критических ситуациях.

Ключевые характеристики автоматических выключателей

Для корректного подбора номинала выключателя необходимо понимать принципы его работы, а также условия и сроки срабатывания устройства.

Рабочие параметры автоматов четко определены как российскими, так и международными стандартами.

Главные компоненты и их маркировка

В состав автоматических выключателей входят два элемента, реагирующих на превышение допустимого значения тока:

• Биметаллическая пластина, нагреваясь под воздействием тока, изгибается и нажимает на толкатель, который размыкает контакты. Это служит «тепловой защитой» от перегрузок.
• Соленоид, в свою очередь, при увеличении тока создает магнитное поле, которое воздействует на сердечник, а тот уже влияет на толкатель. Это обеспечивает «токовую защиту» при коротком замыкании и происходит намного быстрее, чем действие биметаллической пластины.

Типы автоматов имеют маркировку, по которой можно выбрать необходимые параметры.

Каждый автомат имеет указанные характеристики, что позволяет избежать путаницы при установке устройств в распределительном щитке.

В зависимости от диапазона уставки (значение тока, при котором будет происходить срабатывание) выделяют разные виды временных характеристик. Для защиты электропроводки и приборов в жилых помещениях чаще всего используются автоматы типа «C», а реже – «B». В бытовом применении различия между ними незначительны.

Для помещений с тяжелым оборудованием, где используются электродвигатели с высоким стартовым током, выбирают автоматы типа «D».

Существуют два основных стандарта для устройств отключения: жилой (EN 60898-1 или ГОСТ Р 50345) и более строгий промышленный (EN 60947-2 или ГОСТ Р 50030.2). Эти стандарты схожи, и оба типа автоматов подходят для использования в домашних условиях.

В быту применяются автоматы с номинальными токами: 6, 8, 10, 13 (редко), 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.

Характеристики времени срабатывания

Чтобы узнать, как быстро автомат отключится при перегрузке, используются специальные таблицы зависимости времени отключения от коэффициента превышения номинала, который рассчитывается по формуле:

K = I / I_n.

Резкое снижение на графике при достижении коэффициента от 5 до 10 единиц происходит из-за срабатывания электромагнитного расцепителя. У автоматов типа «B» этот показатель составляет от 3 до 5, а для типа «D» – от 10 до 20.

Графики показывают зависимость времени отключения автоматов типа «C» в зависимости от отношения текущей силы тока к заданному значению.

При K = 1,13 отключение не произойдет в течение часа, а при K = 1,45 ответственность за отключение наступит в течение того же времени. Эти параметры указаны в п. 8.6.2 ГОСТ Р 50345-2010.

Для определения времени отключения при K = 2, необходимо опустить вертикальную линию на графике, что укажет на диапазон отключения от 12 до 100 секунд.

Такой разброс обусловлен не только воздействием тока, но и внешними условиями: с повышением температуры автомат срабатывает быстрее.

Принципы выбора номинала автоматов

Каждая внутренняя электрическая сеть имеет уникальную конфигурацию, поэтому универсальных решений для установки автоматов не существует. Правила расчета допустимых параметров автоматов довольно сложны и зависят от множества факторов. Все эти аспекты должны быть учтены, иначе риск аварийных ситуаций возрастает.

Конструкция внутренней электросети

Внутренние электрические сети представляют собой разветвленную структуру в виде графа без циклов. Это и называется селективностью автоматов, что предполагает наличие защитных устройств для всех видов электрических цепей.

Такой подход увеличивает устойчивость системы в аварийных ситуациях и упрощает процесс их ремонта. Также улучшается распределение нагрузки, подключение мощных устройств и изменение конфигурации проводки.

На вводе устанавливается вводной автомат, а после разветвления для каждой отдельной цепи размещаются групповые устройства. Это проверенная многолетняя схема

Задача вводного автомата – контролировать общую перегрузку, предотвращая превышение допустимого значения тока для объекта. В случае превышения, есть риск повреждения внешней проводки. Также возможно срабатывание защитных автоматов в пределах многоквартирного дома или местных сетей.

Групповые автоматы контролируют силу тока в отдельных линиях, защищая кабели и подключенные к ним электроприборы от перегрузки. Если они не срабатывают при коротком замыкании, на помощь приходит вводной автомат.

Даже для квартир с небольшим количеством устройств стоит выделить отдельную линию для освещения, чтобы при отключении другого автомата свет не погас. Это создаст более комфортные условия для устранения возникшей проблемы. В большинстве случаев номинал вводного автомата меньше суммы номиналов групповых.

Общая мощность электрических приборов

Максимальная нагрузка на электросеть наблюдается при одновременной работе всех подключенных устройств. Суммарную мощность обычно вычисляют простым сложением, однако в некоторых случаях этот показатель может быть ниже.

Для определенных цепей маловероятно, что все подключенные устройства будут работать одновременно. В домах могут вводиться ограничения на деятельность мощных приборов, включая недопущение их одновременного включения или сокращение количества доступных розеток.

Вероятность одновременного функционирования всех офисных устройств, освещения и вспомогательных средств (типа чайников, холодильников, вентиляторов и обогревателей) очень мала, поэтому при расчетах максимальной нагрузки принимается поправочный коэффициент.

Для офисных зданий часто используют эмпирический коэффициент одновременности в диапазоне от 0,6 до 0,8, что позволяет вычислить максимальную нагрузку путем умножения суммы мощностей всех электропотребителей на данный коэффициент.

В расчетах стоит учесть разницу между номинальной (полной) мощностью и фактической (активной), что является ключевым моментом (cos (f)).

Это подразумевает, что устройство требует ток, рассчитываемый по следующей формуле:

I_p = I / cos (f)

• I_p – это номинальная сила тока, используемая для нагрузки;
• I – это фактическая сила тока, потребляемая прибором;
• cos (f) – коэффициент мощности.

Обычно значение номинального тока или коэффициента мощности указывается в паспорте электрического прибора.

К примеру, коэффициент мощности для люминесцентных ламп составляет 0,9, для LED – около 0,6, а для обычных ламп накаливания – 1. Если документация утеряна, но известна потребляемая мощность устройств, чаще всего берут значение cos (f) равное 0,75.

Рекомендуемые значения коэффициента мощности из таблиц можно использовать при отсутствии данных о номинальном токе для расчета нагрузок.

В следующей статье мы подробно расскажем, как выбрать автоматический выключатель в зависимости от мощности нагрузки.

Определение сечения проводов

Перед тем, как прокладывать силовой кабель от распределительного щитка к потребителям, важно рассчитать суммарную мощность устройств в условиях их одновременной работы. Сечение каждого провода выбирают на основе таблиц с учетом материала проводки: меди или алюминия.

Производители электрооборудования предоставляют такие справочные материалы. Если их нет, стоит обратиться к данным из «Правил устройства электрооборудования» или произвести расчет самостоятельно.

Однако часто пользователи выбирают провод большего сечения, чем минимально допустимое. Например, для линии на 5 кВт вместо необходимого 4 мм² ждут 6 мм² медного кабеля.

Справочные таблицы, описанные в ПУЭ, позволяют выбрать необходимое сечение для различных условий эксплуатации медного провода.

Это решение может быть оправдано по следующим причинам:

• Продленный срок службы кабеля более крупного сечения, который редко подвергается максимальным нагрузкам. Повторная прокладка электрической проводки – задача не только сложная, но и затратная, особенно после того, как сделан ремонт в помещении.
• Наличие запаса мощности позволяет беспрепятственно подключать к сети новые электроприборы. Например, в кухню можно установить дополнительные морозильные устройства или переместить стиральную машину из ванной комнаты.
• Запуск электродвигателей создает резкие пиковые токи, что приводит к падению напряжения. Это может проявляться не только в мерцании осветительных ламп, но и способствовать выходу из строя электроники компьютера, кондиционера или стиральной машины. Чем больше сечение кабеля, тем менее заметен скачок напряжения.

К сожалению, на рынке присутствует много кабелей, изготовленных не по ГОСТ, а в соответствии с различными техническими условиями.

Часто сечение проводов не соответствует установленным требованиям, или они изготовлены из проводящего материала с увеличенным сопротивлением. Следовательно, фактическая предельная мощность, при которой допускается нагрев кабеля, оказывается ниже значений, указанных в нормативных таблицах.

На данной фотографии хорошо видно различие между кабелями, выполненными по стандартам ГОСТ (слева) и по ТУ (справа). Наблюдается явное отличие в сечении проводников и плотности изоляционного материала.

Расчет номинала выключателя для защиты кабеля

Автомат, установленный в распределительном щите, должен отключать линию, когда ток превышает допустимый уровень, предусмотренный для электрического кабеля. Поэтому необходимо выполнить расчет максимально допустимого номинала для выключателя.

Согласно ПУЭ, допустимая нагрузка для медных кабелей, проложенных в коробах или по воздуху (например, выше натяжного потолка), определяется по приведенной ранее таблице. Эти значения актуальны для аварийных ситуаций при перегрузках.

Некоторые затруднения возникают при сопоставлении номинальной мощности выключателя и допустимого тока, если опираться на действующий ГОСТ Р 50571.4.43-2012.

В приведенном фрагменте пункта 433.1 ГОСТ Р 50571.4.43-2012 есть некорректность; для правильного понимания переменной In нужно обратиться к Приложению «1» данного стандарта.

Во-первых, читателя может смутить определение I_n как номинальной мощности, если не обратить внимание на Приложение «1» к этому пункту ГОСТа. Во-вторых, в формуле «2» произошла ошибка: коэффициент 1,45 был введен неверно, на что указывают многие эксперты.

Согласно пункту 8.6.2.1. ГОСТ Р 50345-2010, условное время для бытовых выключателей, номинал которых не превышает 63 A, составляет 1 час. Установленный ток расцепления равен номиналу, умноженному на коэффициент 1,45.

Таким образом, согласно первоначальной и измененной второй формуле, номинальный ток выключателя можно рассчитать по следующей формуле:

• I_n – номинальный ток автомата;
• I_Z – максимально допустимый ток кабеля.

Рассчитаем номиналы автоматов для стандартного сечения кабелей при однофазном подключении с двумя медными жилами (220 В). Для этого поделим максимально допустимый ток (при прокладке по воздуху) на коэффициент расцепления 1,45.

Выберем автомат так, чтобы его номинал был меньше рассчитанного значения:

• Сечение 1,5 мм²: 19 / 1,45 = 13,1. Номинал: 13 A;
• Сечение 2,5 мм²: 27 / 1,45 = 18,6. Номинал: 16 A;
• Сечение 4,0 мм²: 38 / 1,45 = 26,2. Номинал: 25 A;
• Сечение 6,0 мм²: 50 / 1,45 = 34,5. Номинал: 32 A;
• Сечение 10,0 мм²: 70 / 1,45 = 48,3. Номинал: 40 A;
• Сечение 16,0 мм²: 90 / 1,45 = 62,1. Номинал: 50 A;
• Сечение 25,0 мм²: 115 / 1,45 = 79,3. Номинал: 63 A.

Автоматические выключатели на 13A представлены на рынке достаточно редко, поэтому обычно используются устройства с номиналом 10A.

Кабели с алюминиевыми жилами сейчас практически не применяются при установке внутренней проводки. Для них также имеется таблица для выбора сечения по нагрузке.

Таким же образом рассчитаем номиналы автоматов для алюминиевых кабелей:

• Сечение 2,5 мм²: 21 / 1,45 = 14,5. Номинал: 10 или 13 A;
• Сечение 4,0 мм²: 29 / 1,45 = 20,0. Номинал: 16 или 20 A;
• Сечение 6,0 мм²: 38 / 1,45 = 26,2. Номинал: 25 A;
• Сечение 10,0 мм²: 55 / 1,45 = 37,9. Номинал: 32 A;
• Сечение 16,0 мм²: 70 / 1,45 = 48,3. Номинал: 40 A;
• Сечение 25,0 мм²: 90 / 1,45 = 62,1. Номинал: 50 A;
• Сечение 35,0 мм²: 105 / 1,45 = 72,4. Номинал: 63 A.

Если производитель силовых кабелей указывает другую зависимость допустимой мощности от сечения, следует произвести перерасчет значений для выключателей.

Формулы для определения тока в зависимости от мощности различаются для однофазных и трехфазных сетей. Многие пользователи, у которых оборудование рассчитано на 380 В, допускают ошибку на этом этапе.

Как расшифровать технические характеристики автоматического выключателя по маркировке, подробно описано здесь. Рекомендуем ознакомиться с данной информацией.

Предупреждение перегрузки от работы потребителей

В некоторых случаях устанавливают автомат, номинал которого существенно ниже необходимого для надежной работы электрического кабеля.

Снижение номинала выключателя оправдано, если общая мощность подключенных устройств в цепи гораздо меньше, чем способна выдержать проводка. Это характерно, когда после монтажа проводки часть приборов была снята с линии в целях безопасности.

В таком случае уменьшение номинальной мощности автомата считается оправданным, так как это приводит к более быстрой реакции на перегрузку.

Например, когда подшипник электродвигателя заклинивает, ток в обмотке резко возрастает, но не достигает значений короткого замыкания. Если автомат сработает быстро, это предотвратит плавление обмотки и спасет двигатель от дорогостоящего ремонта.

Еще одна причина для использования выключателя с меньшим номиналом — это строгие ограничения для каждой цепи. К примеру, в однофазной сети, ведущей в квартиру с электроплитой, установлен автомат на 32 A, что соответствует максимально допустимой мощности 32 * 1,13 * 220 = 8,0 кВт. Предположим, при разводке по квартире организовано три линии с установкой групповых автоматов на 25 A.

Если количество установленных в распределительном щите групповых автоматов велико, их следует подписать и пронумеровать, иначе возникнет путаница.

Предположим, на одной из линий наблюдается постепенно нарастающая нагрузка. Когда потребляемая мощность достигнет уровня, равного гарантированному срабатыванию группового выключателя, на оставшиеся два участка останется лишь (32 — 25) * 1,45 * 220 = 2,2 кВт.

Это крайне мало по сравнению с общим потреблением. При такой схеме распределительного щита входной автомат будет чаще отключаться, чем устройства на других линиях.

Чтобы придерживаться принципа селективности, необходимо установить на участках автоматы номиналом 20 или 16 ампер. В таком случае при аналогичном перекосе потребляемой мощности на остальные два звена придется в сумме 3,8 или 5,1 кВт, что является приемлемым значением.

Рассмотрим установку выключателя с номиналом 20A на примере выделенной линии для кухни.

К этой линии подключены и могут одновременно работать следующие электроприборы:

• Холодильник с номинальной мощностью 400 Вт и стартовым током 1,2 кВт;
• Две морозильные камеры мощностью по 200 Вт;
• Духовка мощностью 3,5 кВт;
• При использовании электрической духовки разрешено дополнительно включать лишь одно устройство, наиболее мощное из которых – электрочайник с потреблением 2,0 кВт.

Двадцатиамперный автомат способен пропускать ток с мощностью 20 * 220 * 1,13 = 5,0 кВт более одного часа. Гарантированное отключение произойдет за менее чем один час, при пропуске тока до 20 * 220 * 1,45 = 6,4 кВт.

На кухне холодильник и плита должны постоянно иметь доступ к электричеству. Если существует вероятность превышения силы тока, помимо холодильника и плиты, стоит ограничить одновременную работу остальных приборов, выделив им всего две розетки.

Когда одновременно включены духовка и электрочайник, суммарная мощность составит 5,5 кВт, что равно 1,25 от номинала автомата. Поскольку чайник использует ток недолго, отключение вряд ли произойдет. Если в этот момент заработают холодильник и обе морозильные камеры, суммарная мощность составит уже 6,3 кВт, что близко к границе гарантированного срабатывания.

Однако вероятность такой ситуации крайне мала, и время, в течение которого это будет происходить, будет минимальным, так как оборудование и чайник не будут работать долго.

Запуск холодильника генерирует стартовый ток, который в совокупности с работой всех других устройств не вызовет срабатывания защитного устройства. Таким образом, в указанных условиях можно использовать автомат с номиналом 20 A.

Единственное ограничение заключается в возможности повышения напряжения до 230 В, что допускается нормативными документами. В частности, ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) определяет стандартное напряжение равным 230 В с разрешением использования 220 В.

На сегодняшний день в большинстве сетей электричество подают с напряжением 220 В. Если же значение тока было пересчитано по международному стандарту 230 В, требуется перерасчитать номиналы также.

Выводы и полезное видео по теме

Устройство выключателя и выбор вводного автомата в зависимости от подключаемой мощности. Правила распределения электропитания:

Выбор выключателя по пропускной способности кабеля:

Определение номинального тока для выключателя представляет собой довольно трудоемкую задачу, которая требует учета множества факторов. Правильно подобранный автомат играет ключевую роль в обеспечении безопасности эксплуатации и удобства обслуживания локальной электросети.

Если у вас возникают сомнения относительно выбора подходящего варианта, рекомендуется проконсультироваться с квалифицированными специалистами в области электричества.

Не стесняйтесь оставлять свои комментарии в предоставленном ниже разделе. Поделитесь своим опытом выбора автоматических выключателей, а также интересной информацией и фотографиями по данной теме, задавайте вопросы.