Сейчас, когда мы рассчитали рабочий ток проводки, можно перейти к выбору подходящего автоматического выключателя (автомата). Мы уже определили, что номинальная мощность выбранного устройства должна быть равной или немного меньше номинального тока проводки, поэтому нам подойдет автомат с номинальным значением 16 А.
Выбор автомата по мощности нагрузки, сечению кабеля и по току: принципы и формулы для расчетов
Для обеспечения надежного функционирования внутридомового электроснабжения важно выделить отдельные ветки. Каждая линия должна быть оборудована своим собственным защитным устройством, которое убережет изоляцию проводника от плавления. Однако далеко не все владельцы жилья знают, какое устройство будет наилучшим вариантом. Согласны с этим?
В этой статье мы подробно расскажем о том, как правильно выбирать автоматические выключатели в зависимости от мощности нагрузки. Мы объясним, как определить нужный номинал, чтобы правильно подобрать необходимый класс устройства. Следуя нашим рекомендациям, вы сможете приобрести надежные устройства, которые помогут избежать потенциальных проблем во время эксплуатации проводки.
Автоматические выключатели для бытовых сетей
Энергоснабжающие компании подключают дома и квартиры, проводя необходимые работы по подведению кабеля к распределительной коробке. Все операции по монтажа электропроводки внутри помещений выполняются либо самими владельцами, либо привлеченными специалистами.
Чтобы выбрать автомат для защиты каждой индивидуальной цепи, необходимо учитывать его номинальные параметры, класс и другие важные характеристики.
Основные параметры и классификация
Автоматы, используемые в бытовых условиях, устанавливают на входе в низковольтные электрические цепи и их главные функции заключаются в следующем:
- включение или отключение электрической цепи вручную или с помощью электронного управления;
- защита цепи: отключение тока в случае незначительной длительной перегрузки;
- защита цепи: мгновенное отключение тока при коротком замыкании.
Каждый автоматической выключатель имеет значение, измеренное в амперах, которое называется номинальная сила тока (In) или номинал.
Понять суть этого значения можно, используя коэффициент превышения номинала:
K = I / In,
где I – это реальная сила тока.
Эти параметры указаны в пункте 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010. Чтобы выяснить, за какое время произойдет отключение при K>1.45, нужно обратиться к графику, отражающему времятоковую характеристику конкретного автомата.
Если ток длительно превышает значение номинала в 2 раза, размыкание цепи произойдет за период от 8 секунд до четырех минут. Скорость срабатывания зависит от типа модели и температуры окружающей среды.
У каждого типа автоматического выключателя также существует диапазон тока (Ia), в пределах которого будет срабатывать механизм мгновенного расцепления:
Устройства типа B чаще всего применяются для длинных линий, в то время как в жилых и офисных помещениях преимущественно используют автоматы класса C. Приборы с маркировкой D защищают цепи, в которых работает оборудование с высоким пусковым коэффициентом тока.
Стандартная линейка бытовых автоматов включает устройства с номиналами 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.
Конструктивное устройство расцепителей
В современных автоматических выключателях имеются два типа расцепителей: тепловой и электромагнитный.
Биметаллический расцепитель представляет собой пластину, изготовленную из двух токопроводящих металлических материалов с различным коэффициентом теплового расширения. Данная конструкция при длительном превышении номинала приводит к нагреву детали, ее изгибу и срабатыванию механизма отключения цепи.
У некоторых моделей автоматов можно изменять параметры тока отключения путем настройки с помощью регулировочного винта. Ранее такая практика использовалась для тонкой настройки устройства, однако данный процесс требует специальных знаний и проведения нескольких тестов.
Регулировочный винт (выделенный красным прямоугольником) можно поворачивать против часовой стрелки, чтобы увеличить время срабатывания теплового расцепителя.
На сегодняшний день на рынке представлено множество моделей стандартных номиналов от различных производителей, у которых времятоковые характеристики могут немного отличаться, но при этом соответствуют нормативным требованиям. Это дает возможность подобрать автомат с нужными заводскими настройками, что минимизирует риск неправильной калибровки.
Устройство автоматических выключателей — 2 типа расцепителя
За срабатывание автоматического выключателя отвечают два типа расцепителей, известных как тепловой и электромагнитный, которые обычно называют тепловой и электромагнитной защитой.
Тепловой расцепитель срабатывает за счет нагрева, то есть активируется не по факту измерения, а в результате воздействия тока, который нагревает проводники. Чем выше ток, тем сильнее нагревается материал. В определённый момент прогрева тепловой расцепитель запускает процесс отключения цепи — это простое физическое явление, основанное на характеристиках материалов при воздействии температуры. Принцип работы довольно прост и похож на действие термостата в системе охлаждения автомобиля. Несмотря на очевидную простоту, эта система является тщательно разработанной, предсказуемой и фиксирует параметры в заданных диапазонах.
Электромагнитный расцепитель — это электромагнитная катушка, известная большинству потребителей. При прохождении тока сквозь катушку внутренний сердечник перемещается и инициирует отключение, что и составляет суть механики этого устройства. Конструкция спроектирована так, что действие происходит в строгом соответствии с замыслом по времени срабатывания при определённом токе.
Принцип действия автоматических выключателей основан именно на этих двух способах выявления повышенного тока и размыкания цепи. Обратите внимание, что тепловой расцепитель защищает проводку: при повышении тока проводники нагреваются, и чтобы предотвратить оплавление или возгорание, автомат отключается в качестве превентивной меры. Следует помнить, что относительно небольшое, но длительное превышение тока представляет собой реальную опасность для проводки.
Главные характеристики автоматических выключателей
Теперь, когда стало понятно, как работает устройство, стоит обратить внимание на то, что автоматы различаются по ряду характеристик, и выбор следует производить, исходя из этих отличий. Два основных параметра, которые наиболее важны, это характеристики срабатывания (также известные как токовая кривая) и номинальный ток. Остальные параметры необязательны для перечисления.
Кривая тока, три типа автоматических выключателей: B, C, D
Упрощенно типы автоматов обозначают как B, C и D. Эти классы определяют пределы срабатывания электромагнитного расцепителя, то есть время, через которое автомат отключится при определенной величине тока. Проще говоря, автоматы типа B наиболее чувствительны и при превышении номинального тока они отключаются быстрее, чем автоматы типа D. Чтобы лучше понять влияние этих типов, я рекомендую взглянуть на график:
На графике показаны временные характеристики и токовые параметры. Визуально он может показаться сложным, но суть остаётся такой же, как и в школьной программе: в графике есть кривые с координатами X и Y, где не нужно самостоятельно искать значения — эта информация уже содержится в документации к автоматическим выключателям, и есть тенденции в использовании автоматов по назначению.
Для лучшего понимания разницы между типами приведем пример: если ток будет превышать номинал автомата в 5 раз, то автомат типа B отключится примерно через 0.1 секунды, тогда как автомат типа D будет отключаться при увеличении тока более чем в 10 раз.
Тайминги теплового расцепителя — это очень интересно
Тайминги срабатывания теплового расцепителя представляют собой весьма интересный аспект — это верхняя часть графика времятоковых характеристик автоматов, приведенного ранее. Эти параметры необходимо знать в первую очередь при выборе автоматов. Я приведу данные из технической документации, которые также можно вычислить с помощью графика.
Так, при превышении током номинала на 13%, автомат не отключается (это называется током неотключения). При превышении тока на 45%, автомат может не отключаться целый час, в то время как ток в 2.5 раза выше номинального приведет к отключению в пределах одной минуты.
Для точности следует отметить, что время срабатывания может зависеть от температуры окружающей среды, что также требует корректировки. Например, в зимние морозы вводной автомат теоретически должен обеспечить гораздо более высокую выделенную мощность.
Сколько выдерживает автомат?
Какой вывод можно сделать из этого? Рассмотрим ситуацию с распространенным автоматом номиналом 16 Ампер. Некоторые пользователи считают, что лучше взять автомат с запасом — например, 20A, но это может привести к ухудшению общего состояния. Например, автомат C16 будет пропускать ток 23 А в течение часа. А если взять автомат на 20 А, то он сможет пропускать ток в 29 Ампер, в то время как для медного кабеля с сечением 2.5 мм² максимальный рабочий ток составляет 25А, что приводит к перегреву. Это значит, что вы можете купить автомат типа 20A, а на самом деле он будет устойчив к нагрузкам вплоть до 30А. Если добавить также кабель меньшего сечения, не соответствующий стандартам ГОСТ, то ситуация станет опасной.
Вы когда-нибудь замечали провод, который буквально размягчается в руках от нагрева, например, при включении электрочайника? По кривой ВТХ автомат С16 сможет поддерживать ток 40 Ампер! в течение минуты.
Время-токовая характеристика
Автоматические выключатели могут иметь одинаковое значение номинальной мощности, но характеристики потребления электроэнергии приборами могут различаться. Потребляемая мощность может отображаться неравномерно и варьироваться в зависимости от типа нагрузки, а также при включении или выключении. Колебания потребляемой мощности могут быть весьма значительными, а диапазон изменений весьма широким. Это может привести к отключению автомата из-за превышения номинального тока, что считается ложным отключением сети. Чтобы избежать ненужного срабатывания предохранителя в условиях стандартных изменений, например, при изменении силы тока, используются автоматы с определенными времятоковыми характеристиками (ВТХ). Это позволяет применять выключатели с одинаковыми токовыми параметрами при различных нагрузках без ложных отключений. ВТХ демонстрируют, через какое время выключатель сработает и какие значения силы тока и постоянного тока будут при этом. Характеристики автоматов типа B обладают значением отключения за 5-20 секунд, где величина тока составляет 3-5 номинальных значений автомата. Эти модификации часто используются для защиты цепей, обеспечивающих питание стандартных бытовых приборов и для защиты проводки в квартирах и частных домах. Характеристика C — принципы работы Автомат с обозначением C отключается за 1-10 секунд при токе, кратном 5-10 номинальным токам. Данные устройства используются во всех сферах: в быту, строительстве и промышленности, однако они наиболее востребованы в области электрозащиты в жилых помещениях. Использование выключателей класса D происходит в промышленности, где они представлены трехполюсными и четырехполюсными вариантами. Обычная сфера их применения — защита мощных электродвигателей и различных трехфазных устройств. Время срабатывания автоматов данного типа составляет 1-10 секунд при токе, кратном 10-14, что делает их весьма эффективными для защиты различных проводок. Чаще всего автоматические выключатели класса D используются для крупных промышленных двигателей.
При выборе автоматического выключателя большинство пользователей предпочтение отдают зарубежным маркам, таким как ABB и Schneider, которые проверены временем и находятся на первых позициях в этой отрасли. Ниже представлен обзор компаний, предлагающих автоматические регуляторы в интернет-магазине Электрокомплекс Азия. Шведский брендABB. Деятельность компании ABB (Asea Brown Boveri Ltd.) ведется с 1988 года. Образовавшись в результате слияния шведской ASEA и швейцарской Brown Boveri & Cie в том же году, ABB стала фаворитом на мировом рынке технологий автоматизации и электроэнергетики. Данная компания известна своим широким ассортиментом автоматических выключателей, включая новейшие модели TruOne и другие. Диапазон номинального тока составляет от 0.5 до 100 A, что позволяет удовлетворить потребности в любом здании. 
Каталог бренда ABB ПРЕИМУЩЕСТВА: компактные размеры корпуса однополюсных моделей, которые легко помещаются в щиток; высокий уровень безопасности; удобный монтаж большинства автоматических выключателей; аккуратная сборка без заусенцев и других дефектов; есть четырехполюсные автоматические выключатели. НЕДОСТАТКИ: высокая цена; у некоторых моделей пазы для фиксации на din-рейке одноразовые, и если потребуется снять устройство, повторная установка может оказаться невозможной; мало вариантов типа D. Продукция французской компании Schneider Electric хорошо известна в разных странах мира. Бренд представляет широкий ассортимент своей электротехники в России, где успешно работают 5 заводов и несколько логистических центров. Концерн предлагает не только розетки и автоматические выключатели, но также системные решения для бизнеса. Отечественные потребители с разными доходами могут выбрать подходящий автомат для своей электросети. Электрики рекомендуют владельцам квартир и частных домов однофазные 16-амперные автоматы серии EASY 9, которые удачно сочетают доступность и высокое качество. Выключатели надежно устанавливаются на дин-рейку, а электрические провода фиксируются при помощи зажимных болтовых контактов. Эти автоматы срабатывают мгновенно при превышении установленного диапазона. Данный бренд с полным правом занимает место в тройке лидеров нашего рейтинга.
Каталог бренда Schneider Electric Продукция французской компании Legrand пользуется большой популярностью на российском рынке электротехнического оборудования. Популярность автоматических выключателей данного бренда подтверждается многочисленными положительными отзывами и комментариями из различных источников. Legrand регулярно занимает лидирующие позиции в различных рейтингах, а многие эксперты называют эту торговую марку одним из лучших европейских производителей. Компания активно работает в 90 странах мира и поставляет около 230 тысяч наименований продукции. В портфолио производителя имеется более 3800 запатентованных разработок. Высокое качество продукции, производимой компанией на протяжении нескольких десятилетий, является объяснением её популярности. Тем не менее, в последнее время встречаются и случаи бракованной продукции, и контрафакта. Немаловажным недостатком автоматов Legrand остается высокое качество. Лидером на китайском рынке является бренд CHINT. Акции компании котируются на мировых фондовых рынках, что подчеркивает серьезные намерения этого бренда. Ассортимент бренда включает в себя множество наименований электротехнической продукции, а также отличия, например, национальные награды за качество и знак «Китайская известная марка», присуждаемые за серию универсальных и силовых автоматов. Однако у китайского производителя тоже имеются слабые стороны. Главным образом это связано с недостаточно развитой дилерской сеть в России, в некоторых регионах может не получиться приобрести продукцию данного бренда. Электрики уже оценили компактность и стильный дизайн автоматов CHiNT DZ47-60, которые представлены в разных вариантах. Они получили хорошую репутацию среди отечественных пользователей в бытовых сетях. Российские автоматические выключатели IEK отличаются от конкурентов своей доступной ценой. Бренд объединяет несколько компаний, которые занимаются разработкой, производством и продажей электротехнической продукции. Автоматы под маркой IEK можно встретить в квартирах и частных домах, а также в промышленном секторе и транспортной сфере и многих других сферах. Компания была дважды награждена титулом «Марка №1 в России» в номинации «Электротехника». Производитель активно работает над постоянным улучшением качества своей продукции с учетом мнения специалистов и потребителей. Однако у пользователей есть нарекания на качество, особенно на брак, который попадает в розницу. Одной из наиболее частых проблем является повреждение корпуса, которое может произойти при затягивании прижимных винтов. 
Каталог бренда Dekraft Наряду с вышеизложенным, относительно недавно на рынке электротехнической продукции появился бренд DEKraft. Тем не менее, эксперты отмечают быстрый прогресс компании. Для привлечения покупателей производитель изначально предлагал низкие цены, но порой это негативно сказывалось на качестве товара. Ощущения от отзывов электротехников и пользователей подтверждают эту тенденцию. Сегодня компания уделяет больше внимания качеству, используя на производстве проверенные сырьевые материалы и передовые методы. Низковольтный ассортимент используется в частном домостроении, офисах, гостиницах, больницах и на промышленных объектах. По отзывам пользователей можно судить об улучшении качества продукции этого молодого отечественного бренда. Улучшился также и пластик, не ломающийся при слишком сильном затягивании. Следует отметить, что с ростом качества продукции, растет и цена изделий DEKraft.
Основные правила выбора автоматического выключателя Заключаются в том, что выбор защитного автомата следует производить на основании площади сечения провода, который будет защищаться (то есть подключения после автомата). При этом сечение провода определяется исходя из максимального токов (мощности) нагрузки. Первый шаг. При выборе автомата важно учитывать общую мощность всех подключаемых приборов. Например, если мы выбираем автомат для подключения кухонных приборов к электросети. Допустим, к розетке будет подключаться быстроварка (1000 Вт), холодильник (500 Вт), духовка (2000 Вт), СВЧ-печь (2000 Вт) и электрочайник (1000 Вт). Суммарная мощность составит 1000 + 500 + 2000 + 2000 + 1000 = 6500 Вт или 6,5 кВт. Следует учитывать, что потребление электроэнергии может возрасти, ведь в процессе эксплуатации могут понадобится подключения других приборов, которые изначально не учтены. Для предупреждения такой ситуации в расчетах общей потребляемой мощности используют увеличивающий коэффициент. Например, если в результате добавления электрооборудования потребление увеличивается на 1,5 кВт, то необходимо взять коэффициент 1.5 и умножить его на расчетную мощность: 1.5 * 6500 = 9750 Вт. Иногда при расчетах может быть целесообразно использовать коэффициент понижения, который имеет место, когда одновременное использование нескольких приборов невозможно. К примеру, если суммарная мощность для кухни составляет 3.1 кВт, то коэффициент понижения равен 1, так как учитывается минимальное число работающих приборов. Если же один из приборов нельзя одновременно включить с другими, то понижающий коэффициент можно взять менее единицы.
Расчет номинальной мощности автоматического выключателя Номинальная мощность определяется как та мощность, при которой отключение проводки не произойдет. Она рассчитывается по формуле:
M = N * CT * cos(φ),
где:
- M – мощность (Вт);
- N – напряжение электросети (В);
- CT – сила тока, способная пройти через автомат (А);
- cos(φ) – значение косинуса угла, принимающего значение угла сдвига между фазами и напряжением. Обычно cos(φ) равен 1, так как сдвиг между фазами тока и напряжения практически отсутствует.
Из формулы можно выразить CT (сила тока): CT = M/N. Если в нашей системе напряжение составляет 220 Вольт, а суммарная мощность равна 3.1 кВт, то:
CT = 3100/220 = 14. Полученный результат указывает, что ток составляет 14 А. В случае трехфазной нагрузки все более точно рассчитывается с учетом угловых сдвигов, которые могут значительно варьироваться. Обычно угловые сдвиги указаны на подключаемом оборудовании.
Принцип работы автомата
Перед тем, как выбрать автомат, необходимо разобраться в принципе его работы. Некоторые люди ошибочно полагают, что автоматический выключатель защищает именно электрические бытовые приборы. Однако это не так. На самом деле автоматический выключатель защищает электрическую сеть от перегрузки и не имеет непосредственного отношения к работе бытовых электроприборов.
Когда возникает короткое замыкание или перегрузка в кабеле, сила тока увеличивается, что приводит к сильному нагреву кабеля и, как следствие, к возгоранию обмоток проводов.
При коротком замыкании сила тока увеличивается особенно резко, иногда до нескольких тысяч ампер в критический момент. Стандартный кабель с сечением 2,5 мм², прокладываемый в домах и квартирах, под такой нагрузкой может загореться, что может привести к возникновению пожара.
Также возгорание может произойти при перегрузках. Хотя сила тока не достигает таких высот, как при коротком замыкании, тем не менее, она все равно достаточная для расплавления изоляции, что ведет к возникновению короткого замыкания и создает опасную ситуацию для пожара.
Расчет мощности автомата
На основании вышеизложенного, можно заключить, что расчет мощности автомата является важным этапом выбора нужного устройства для конкретного случая.
Автомат служит для защиты электропроводки, подключенной после него. Расчет необходимой мощности производится в зависимости от номинального тока устройства.
Согласно требованиям правил устройства электроустановок, токи автоматических устройств должны опираться на номинальный ток соответствующего приемника или быть меньше расчетных токов защищаемого участка цепи.
Расчет мощности автомата в контексте номинального тока устройства осуществляется в том случае, если кабель по всему участку электрической проводки должен быть рассчитан на такую нагрузку, что подразумевает, что номинальное значение автомата будет меньше допустимого тока проводки.
Для примера представьте ситуацию: провод с сечением 1 мм² с нагрузкой 10 кВт. Номинал автомата принимается по этой нагрузке, то есть 40 А. В данном случае провод может расплавиться, так как расчетный ток для провода 10-12 А, а под нагрузкой 40 А. Автомат отключит цепь лишь в момент короткого замыкания, что свидетельствует о серьезной пожароопасной ситуации. Поэтому номинальный ток автомата необходимо рассчитывать исходя из сечения провода, по которому проходит ток. Уровень нагрузки нужно рассматривать и выбирать одновременно с расчетом сечения провода. Номинальный ток автоматического выключателя должен быть равен, ниже или чуть превышать максимально допустимый ток для провода данного сечения.
Следовательно, для правильного выбора автомата необходимо учитывать минимальное сечение провода, который используется в проводке.
К примеру, для медного провода с сечением 1,5 мм² допустимый ток составляет 19 ампер. Соответственно, для данного провода следует выбирать автомат с номиналом ниже, например, 16 ампер. Выбор автомата на 25 ампер ставит вас под реальную опасность возгораний, поскольку сечение провода не позволяет принимать такие нагрузки. Для адекватного расчета автоматического выключателя необходимо учитывать размеры провода.
Ток короткого замыкания
Производители предлагают широкий ассортимент автоматов, рассчитанных на рабочую величину отключения тока. Наиболее распространены типы С (время-токовая характеристика – 5-10 ln) и В (3-5 ln). Далее они подразделяются по типу подключения нагрузки, и для оптимального результата рекомендуем обращаться к специалистам, занимающимся установкой автоматов.
Максимальная степень защиты и точности достигается при расчете тока короткого замыкания. Участок электрической цепи после автомата будет защищен с учетом входного напряжения и особенностей функционирования всей линии.
Для простоты ток КЗ можно приблизительно рассчитать как частное от деления фазного напряжения сети (В) на полное сопротивление всей цепи (Ом). Эта формула применима для однофазной цепи, что common в жилых домах, дачных строениях и в аграрной сфере.
Более точные расчеты рекомендуется выполнять специалистам, которые используют продвинутое расчетное оборудование (учитывающее множество факторов) и делают детальные расчеты для составов электрической цепи. Этот подход лучше подходит для проектирования долговечных линий электропитания и реконструкции надежных объектов.
Итоговое значение должно превышать 6 ln для расцепителя теплового типа (см. ПУЭ) и быть менее 1,25хIM для электромагнитного типа (IM – рабочий параметр расцепителя, умноженный на коэффициент чувствительности и запас в 1,25).
Расчетный автомат должен иметь комбинированный расцепитель для большей надежности срабатывания, чтобы его работа заключалась в отключении участка линии при возникновении повреждения и короткого замыкания.
Рабочая нагрузка
Номинальное рабочее значение подбирается в пределах минимального расчетного тока для электрической цепи. Это значение получается как частное от деления полной мощности всей цепи на напряжение, протекающее по ней. Автомат подбирается из стандартного ряда с рабочим током, превышающим это значение.
Для обеспечения безопасной эксплуатации необходимо помнить, что под защитой находится проводник, а не нагрузка. Оптимальное соотношение: электрический ток на выключателе должен быть меньше допустимого длительного тока проводника и больше максимального тока для нагрузки.
Для выбора автомата рекомендуется использовать таблицы с основными параметрами — тип выполнения, номинальные напряжения, электрические токи и мощности.
Мы всегда готовы помочь в выборе и установке автомата для любой энергосети.
