Расчет мощности автоматов

Расчет мощности автоматов

Расчет мощности автоматических выключателей

Если вы самостоятельно делаете электропроводку в доме, то должны понимать, какой и где автомат должен стоять. Будь-то стиральная машина, водонагреватель, кондиционер, отопительный котел, нужен автоматический выключатель для его подключения.

При всем этом нельзя поставить автомат, который по номиналу будет выше или ниже, чем это положено. В первом случае автоматический выключатель просто не сработает при возникновении проблем, а во втором случае, он будет постоянно выключаться из-за перегрузок.

К тому же, при выборе автомата нужно учитывать в какой сети он будет использован: однофазной или трехфазной. В общем, о нюансах выбора автомата по мощности и будет рассказано на сайте «Электрик САМ» elektriksam.ru .

Расчет автоматов

• ВКонтакте
• Facebook
• ok
• Twitter
• YouTube
• Instagram
• Яндекс.Дзен
• TikTok

В этой статье рассмотрим базовые параметры, по которым выполняется расчет автоматического выключателя. Автоматический выключатель – защитный аппарат, который рассчитан на отключение любых сверхтоков в защищаемой цепи в пределах своей чувствительности, прежде чем те вызовут какие-либо повреждения при тепловом воздействии на жилы и изоляцию самого проводника, а также на окружающие его материалы. Под сверхтоками следует понимать токи перегрузки и токи коротких замыканий.

Ввиду необходимости защиты сети от токов КЗ и токов перегрузок в автоматических выключателях применяются комбинированные расцепители (тепловой и электромагнитный), выбор уставок которых рассмотрим ниже.

Расчет автоматов по нагрузке

На основании п. 3.1.4 ПУЭ номинал автомата выбирается наименьшим по расчетному току участка цепи или по току нагрузки электроприемников. Номинал автоматического выключателя по совместительству является уставкой теплового расцепителя. Расчет автоматов по мощности нагрузки сводится к простейшей формуле по оценке максимального тока нагрузки, если нам известна суммарная мощность электроприемников — IB=S/U (при однофазном подключении). После чего подбираем стандартный автомат с номинальным током не менее высчитанного по формуле.

При этом следует учитывать, что выключатель предназначен защищать не нагрузку, а проводник линии, ее питающий.

Основополагающим является следующее условие:

где IB — максимальный рабочий ток нагрузки, In — номинальный ток выключателя, Iz — длительно допустимый ток проводника линии.

См. таблицу расчетов автомата в зависимости от типа подключения и мощности, упрощающую выбор.

Расчет автоматов по току КЗ

Для бытового применения можно ограничиться выбором соответствующего диапазона токов мгновенного расцепления по типу автомата. Для этого вполне подходят типы В (от 3In до 5In) и С (от 5In до 10In). Выбор типа выключателей в зависимости от типа подключенной нагрузки приведен на рисунке.

Конечно, для более точного расчета следует рассчитать величину тока КЗ в конце защищаемого участка цепи, располагая при этом соответствующими исходными данными о питающей подстанции и характеристиках питающей линии. Данные расчеты в большинстве случаев выполняются в специализированных программных комплексах при проектировании новых и реконструкции старых объектов электроснабжения.

Для простых случаев ток однофазного замыкания в искомой точке можно рассчитать по формуле:

Zц определяется по формуле:

Для автоматических выключателей с комбинированным расцепителем допускается обеспечивать защиту от токов однофазного КЗ посредством одного из расцепителей (любого).

Полученное значение тока Iк должно удовлетворять условиям:

Ik≥6In – для теплового расцепителя по п.7.3.139 ПУЭ;
Ik ≥1,25 IM – для электромагнитного расцепителя, где IM- уставка ЭМ расцепителя, 1,25- коэффициент, обеспечивающий чувствительность и срабатывание.

Главное, чтобы защитный аппарат обеспечил отключение защищаемого участка цепи при повреждении в конце линии, так как ток КЗ в данной расчетной точке наименьший.

По каким токам производят расчет автоматов

Функция автоматического выключателя состоит в защите электропроводки, подключенной после него. Основным параметром, по которому производят расчет автоматов, является номинальный ток. Но номинальный ток чего, нагрузки или провода?

Исходя из требований ПУЭ 3.1.4, токи уставок автоматических выключателей которые служат для защиты отдельных участков сети, выбираются по возможности меньше расчетных токов этих участков или по номинальному току приемника.

Расчет автомата по мощности (по номинальному току электроприемника) производят, если провода по всей длине на всех участках электропроводки рассчитаны на такую нагрузку. То есть допустимый ток электропроводки больше номинала автомата.

Также учитывается время токовая характеристика автомата, но про нее мы поговорим позже.

Например, на участке, где используется провод сечением 1 кв. мм, величина нагрузки составляет 10 кВт. Выбираем автомат по номинальному току нагрузки — устанавливаем автомат на 40 А. Что произойдет в этом случае? Провод начнет греться и плавиться, поскольку он рассчитан на номинальный ток 10-12 ампер, а сквозь него проходит ток в 40 ампер. Автомат отключится лишь тогда, когда произойдет короткое замыкание. В результате может выйти из строя проводка и даже случиться пожар.

Поэтому определяющей величиной для выбора номинального тока автомата является сечение токопроводящего провода. Величина нагрузки учитывается лишь после выбора сечения провода. Номинальный ток, указанный на автомате, должен быть меньше максимального тока, допустимого для провода данного сечения.

Таким образом, выбор автомата производят по минимальному сечению провода, который используется в проводке.

Например, допустимый ток для медного провода сечением 1,5 кв. мм, составляет 19 ампер. Значит, для данного провода выбираем ближайшее значение номинального тока автомата в меньшую сторону, составляющее 16 ампер. Если выбрать автомат со значением 25 ампер, то проводка будет греться, так как провод данного сечения не предназначен для такого тока. Чтобы правильно произвести расчет автоматического выключателя, необходимо, в первую очередь, учитывать сечение провода.

Расчет вводного автоматического выключателя

Система электропроводки делится на группы. Каждая группа имеет свой кабель с определенным сечением и автоматические выключатели с номинальным током удовлетворяющему этому сечению.

Чтобы выбрать сечение кабеля и номинальный ток автомата, нужно произвести расчет предполагаемой нагрузки. Этот расчет производят, суммируя мощности приборов, которые будут подключены к участку. Суммарная мощность позволит определить ток, протекающий через проводку.

Определить величину тока можно по следующей формуле:

1. Р — суммарная мощность всех электроприборов, Вт;
2. U — напряжение сети, В (U=220 В).

Несмотря на то, что формула применяется для активных нагрузок, которые создают обычные лампочки или приборы с нагревательным элементом (электрочайники, обогреватели), она все же поможет приблизительно определить величину тока на данном участке. Теперь нам нужно выбрать токопроводящий кабель. Зная величину тока, мы по таблице сможем выбрать сечение кабеля для данного тока.

После этого можно производить расчет автоматического выключателя для электропроводки данной группы. Помните, что автомат должен отключиться раньше, чем произойдет перегрев кабеля, поэтому номинал автомата выбираем ближайшее меньшее значение от расчетного тока.

Смотрим на величину номинального тока на автомате и сравниваем ее с максимально допустимой величиной тока для провода с данным сечением. Если допустимый ток для кабеля меньше, чем номинальный ток, указанный на автомате, выбираем кабель с большим сечением.

Где взять допустимый ток ТПЖ?

Проще всего и разумнее взять допустимый ток токопроводящей жилы (ТПЖ) из таблицы 1.3.4. в ПУЭ изд.7.

Таблица: Максимально допустимый ток для электрики квартиры для проводов с ПВХ (поливинилхлоридной) и резиновой изоляции с жилами из меди.

Эта таблица не полная, но достаточная для квартирной проводки. Напомню, что в электрике квартиры, нельзя использовать кабели и провода с жилами тоньше 1, 5 мм 2 и нельзя использовать кабели с алюминиевыми ТПЖ тоньше 16 мм 2 . (ПУЭ, таблица 7.1.1)

Теперь сам расчет автомата защиты для новой электропроводки

Конечно, приведенная выше формула не дает точного расчета номинала автомата защиты. Она показывает только его границы. Сам расчет проведем следующим образом (в кавычках я буду вести расчет для условного примера электрической цепи из 9 розеток на 450 Вт каждая):

• Считаем ток в цепи при максимальной нагрузке (9×400Вт=3600Вт. 3600÷220=16,36 Ампера);
• По таблице ПУЭ 1.3.4 (смотрим выше) ориентируемся на сечение жил кабеля и выбираем для проводки сечение жил кабеля на шаг больше, но не менее 1,5 мм 2 .(по таблице подходит 1. 5 мм, выбираем 2. 5 мм, так как 2.0 в продаже нет);
• Опять по таблице смотрим допустимый ток для выбранного кабеля (25А);
• Получаем, что по условию выбора автомата защиты, а именно (I сети≤I автомата ≤I допустимый ток кабеля), 16,36 Ампер≤I автомата ≤25 Ампер).
• В продаже для установки автомата защиты на ДИН-рейку, есть автоматы с номиналом 20 Ампер. Его и устанавливаем.

Еще пример расчета автомата защиты:

На вводе нужно поставить автомат защиты. По условию расчетный ток сети 27,5 Ампер. Вводной кабель медный, марка ВВГнг, сечение 3×10.

1. По таблице ПУЭ смотрим допустимый ток кабеля. Он равен 50 Ампер.

2. Значит номинал автомата защиты должен быть:

27.5 А≤I автомата≤50Ампер.

В продаже есть автоматы защиты номиналом 50 Ампер. Предварительно выбираем автомат: ВА47-29 D50 2p 4,5кА. Кстати, как расшифровывается их структура названия.

Подбор номинала автоматического выключателя по току и мощности нагрузки

Для выбора подходящего автомата удобно рассчитать силу тока на один киловатт мощности нагрузки и составить соответствующую таблицу. Применив формулу (2) и коэффициент мощности 0.95 для напряжения 220 В, получим:

1000 Вт / (220 В х 0,95) = 4,78 А

Учитывая, что напряжение в наших электросетях нередко не дотягивает до положенных 220 В, вполне корректно принять значение 5 А на 1 кВт мощности. Тогда таблица зависимости силы тока от нагрузки будет выглядеть в таблице 1, следующим образом:

Данная таблица даёт приблизительную оценку силы переменного тока, протекающего по однофазной электрической сети при включении бытовых электроприборов. При этом следует помнить, что имеется в виду пиковая потребляемая мощность, а не средняя. Эту информацию можно найти в документации, прилагаемой к электротехническому изделию. На практике удобней пользоваться таблицей предельных нагрузок, учитывающей тот факт, что автоматы выпускаются с определённым номиналом по силе тока (таблица 2):

Например, если нужно узнать, на сколько ампер нужен автомат под мощность 15 кВт при трёхфазном токе, то ищем в таблице ближайшее большее значение – оно составляет 16,5 кВт, что соответствует автомату на 25 ампер.

В реальности существуют ограничения по выделяемой мощности. В частности, в современных городских многоквартирных домах с электроплитой выделенная мощность составляет от 10 до 12 киловатт, а на входе ставится автомат на 50 А. Эту мощность разумно разбить на группы с учётом того, что самые энергоёмкие приборы концентрируются на кухне и в ванной комнате. На каждую группу ставится свой автомат, что позволяет исключить полное обесточивание квартиры в случае возникновения перегрузки на одной из линий.

В частности, под электроплиту (или варочную панель) целесообразно сделать отдельный ввод и установить автомат на 32 или 40 ампер (в зависимости от мощности плиты и духовки), а также силовую розетку с соответствующим номинальным током. Других потребителей подключать к этой группе не стоит. Отдельная линия должна быть и у стиральной машины, и у кондиционера – для них будет достаточно автомата на 25 А.

На вопрос о том, сколько розеток можно подключить на один автомат, можно ответить одной фразой: сколько угодно. Сами по себе розетки не потребляют электроэнергию, то есть не создают нагрузку на сеть. Нужно лишь позаботиться о том, чтобы суммарная мощность одновременно включаемых электроприборов соответствовала сечению провода и мощности автомата, о чём будет сказано ниже.

Для частного дома или коттеджа вводной автомат подбирается в зависимости от выделенной мощности. Далеко не всем хозяевам удаётся получить желаемое количество киловатт, особенно в регионах с ограниченными возможностями электросетей. Но в любом случае, как и для городских квартир, сохраняется принцип разделения потребителей на отдельные группы.

Вводной автомат для частного дома

Выбор защитного устройства

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.

Сечение кабеля

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.

Расчет автоматического выключателя

Выбирать автоматы можно с расчетом по току нагрузки или сечению электропроводки.

Расчет автомата по току

Подсчитываем всю мощность нагрузок на автомат. Плюсуем мощности всех потребителей электричества, и по следующей формуле:

получаем расчетный ток автомата.

P- суммарная мощность всех потребителей электричества

U – напряжение сети

Округляем расчетную величину полученного тока в большую сторону.

Расчет автомата по сечению электропроводки

Чтобы выбрать автомат можно воспользоваться таблицей 1. Выбранный по сечению электропроводки ток, уменьшают до нижней величины тока автомата, для снижения нагрузки электропроводки.

Выбор номинального тока по сечению кабеля. Таблица №1

Для розеток автоматы берут на ток 16 ампер, так как розетки рассчитаны на ток 16 ампер, для освещения оптимальный вариант автомата 10 ампер. Если вы не знаете сечение электропроводки, тогда его нетрудно рассчитать по формуле:

S – сечение провода в мм²

D – диаметр провода без изоляции в мм

Второй метод расчета автоматического выключателя является более предпочтительным, так как он защищает схему электропроводки в помещении.

Значение тока при выборе сечения кабеля

Соответствие тока сечению жил кабеля можно проверить по таблице

Сводные характеристики для однофазного автомата:

• сила 17А – показатель мощности до 3,0 кВт – ток 1,6 – сечение 2,4;
• 26А – до 5,0 – 25,0 – 2,6;
• 33А – 5,9 – 32,0 – 4,1;
• 42А – 7,4 – 40,0 – 6,2;
• 51А – 9,2– 48,4 – 9,8;
• 64А – 12,1 – 62,0 – 16,2;
• 81А – 14,4 – 79,0 – 25,4;
• 101А – 18,3 – 97,0 – 35,2;
• 127А – 22,4 – 120,0 – 50,2;
• 165А – 30,0 – 154,0 – 70,1;
• 202А – 35,4 – 185,0 – 79,2;
• 255А – 45,7 – 240,0 – 120,0;
• 310А – 55,4 – 296,0 – 186,2.

Можно также воспользоваться специальным графиком, по которому определяется номинальный ток автомата в зависимости от мощности нагрузки.

Нужное сечение кабеля подбирается исходя из суммарной мощности тока, проходящего через провод, рассчитать её поможет формула, схема расчета такова:

где сила тока = суммарный показатель мощности разделён на напряжение в цепи. В большинстве случаев электрики используют именно эту формулу.

Более точная формула расчета мощности P=I*U*cos φ, где φ – угол между векторами тока, проходящего через автомат, и напряжения (не стоит забывать, что они могут быть переменными). Но поскольку в бытовых устройствах, работающих от однофазной сети, сдвига фазы между током и напряжением практически нет, то применяют упрощенную формулу мощности.

Если сеть трехфазная, то может наблюдаться существенный сдвиг фаз. В этом случае при расчетах мощность уменьшается, а получившийся ток надо делить на 3.

Так, для прибора мощность 6,5 кВт:

На электроприборах часто делают маркировку или прикрепляют табличку, с указанием этого параметра и значения мощности. Это позволяет быстро произвести расчеты. В трехфазной сети для нагрузки большой мощности применяют автоматы типа D.